[論文レビュー] Regular black holes have stable cores

A. Bonanno, Amir-Pouyan Khosravi+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、有限なコアエネルギーを持つ特異点のない時空としての通常のブラックホールが、降下する物質による完全な自己反作用のもとでも安定した力学的挙動を示すことを示している。その結果、質量関数が有界となり、幾何学的構造が安定する。ホーキング放射が含まれる場合、蒸発過程は特異点のないプランクスケールの残渣で終了し、質量増大による不安定化の懸念が解消される。

ABSTRACT

A common argument suggests that non-singular geometries may not describe black holes observed in nature since they are unstable due to a mass inflation effect. We analyze the dynamics associated with spherically symmetric, regular black holes taking the full backreaction between the infalling matter and geometry into account. We show that this results in a bounded mass function and a stable spacetime. If Hawking radiation is taken into account, the evaporation process ends with a non-singular remnant of Planckian size.

研究の動機と目的

• 通常のブラックホールが質量増大効果によって不安定になるという一般的な議論に応えること。
• 球対称で通常のブラックホールの、降下物質による完全な自己反作用下での動的安定性を調査すること。
• ホーキング放射を含めた場合の、こうしたブラックホールの長期的進化を特定すること。
• 通常のブラックホールが完全な蒸発後に安定な残渣を形成できるかどうかを評価すること。

提案手法

• 球対称で通常のブラックホールモデルにおける、物質の完全な自己反作用が時空幾何に与える影響を分析すること。
• 質量関数の吸収過程における時間的変化を追跡するために、結合されたアインシュタイン-物質方程式を解くこと。
• 質量関数の有界性を示すために、数値的および解析的技法を用いること。
• 蒸発の最終段階を研究するために、モデルにホーキング放射を組み込むこと。
• 曲率不変量と時空構造の観察により、コア領域の安定性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 降下物質による完全な自己反作用のもとで、質量増大効果が通常のブラックホールを不安定にするか？
• RQ2 長期間にわたる吸収過程において、通常のブラックホールの質量関数が有界のままであるか？
• RQ3 ホーキング放射による完全な蒸発の後、通常のブラックホールの最終状態は何か？
• RQ4 通常のブラックホールのコアは、量子的および古典的摂動に対して安定か？

主な発見

• 通常のブラックホールにおける質量関数は、完全な自己反作用のもとでも有界のままであり、質量増大が防がれ、幾何学的安定性が保証される。
• 吸収過程を通しても、時空幾何は安定しており、曲率不変量に発散は見られない。
• ホーキング放射により、完全な蒸発過程が進行し、非特異的で安定した残渣で終了する。
• 最終的な残渣のサイズはプランク長スケールのオーダーであり、安定で有限のコアを示している。