[論文レビュー] Reissner Nordstrom black holes with integrable singularity interiors supported by string distributions

Milko Estrada|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2026

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 0

ひとこと要約

要約: The paper proposes new black hole interiors with integrable singularities sourced by a cloud of strings and a novel string-fluid, matching to exterior Reissner–Nordström spacetimes and deriving junction conditions that yield temperature continuity with possible phase transitions.

ABSTRACT

The Reissner Nordstrom (RN) black hole is characterized by two well known pathologies: a central singularity and an inner horizon associated with instabilities and a potential loss of predictability. In this work, we show that the RN exterior geometry can arise from an interior spacetime containing an integrable singularity but no inner horizon. In this scenario, tidal forces remain finite near the origin, allowing nondestructive radial infall, while the conventional description in terms of a pointlike mass is replaced by an extended matter distribution. To illustrate this possibility, we provide explicit realizations of such an interior region based on string distributions, namely a cloud of strings (CS) and a newly defined fluid of strings (FS). While the standard cloud of strings model leads to a divergence in the conserved energy associated with timelike Killing vectors, the proposed FS model can be interpreted as a geometrically screened version of the string cloud distribution and admits configurations that, when extended to infinity, describe black holes with finite conserved energy. Physical consistency between the interior region and the RN exterior geometry requires the continuity of temperature across the interface, implying thermal equilibrium between the two regions, while discontinuities in the tangential pressure can signal gravitational phase transitions. These results determine the physical conditions under which string based interior distributions can consistently generate the RN exterior geometry and clarify the circumstances under which phase transitions at the event horizon may arise.

研究の動機と目的

• 動機づけと統合可能な特異性を持つ内部几何学の構築—不安定な内部의 호라이즌とデイストー芯を回避する。
• 雲状の糸エネルギ密度を幾何学的に遮蔽して有限エネルギーの糸流体内部を導入する。
• 内部領域と外部領域の接合条件を導出し、熱力学的連続性と潜在的な相転換を分析する。
• テスト構成として外部RN系の2例（糸の雲と新しい糸流体内部）を検討する。

提案手法

• 糸流体の状態方程式を採用する：ρ(fs)=α(r) p(fs) を用い、内部の計量関数 f(r) を導出する。
• 有限の保存エネルギー M を保証するように、遮蔽された糸密度プロファイル ρ(fs)=M/(4π b^2 r^2) exp(−r/b) を提案する。
• 静的・球対称内部についてアインシュタイン方程式を解き、r=0付近で統合可能な特異性を持つ f(r) を得る。
• 地平を境界とするイスラエル–ダルモワ接合条件を課し、第一基本形式と第二基本形式の連続性を確保し、温度の連続性を分析する。
• 内部と外部の張力と温度を計算し、横方向圧の不連続性を相転換と結びつける。
• 2つのRNベースのテスト幾何学へ適用する： (i) 内部が糸の雲、外部RN。 (ii) 内部が糸流体、外部RN。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 内部物質配置によって黒洞内部に統合可能な特異性を実現し、内部ホライズンを回避できるのか。
• RQ2 事象の地平での正確な接合条件は、一般的な内部ISと外部RN幾何学をどのように接続するのか。
• RQ3 内部–外部の一致は温度の連続性を強制するのか、横方向圧の不連続性は相転換とどう関連するのか。
• RQ4 糸の雲や新しい糸流体内部がRN条件下でシュワルツシルト様の外部を一貫して生み出すのか。

主な発見

• 新しい糸流体黒穴解は統合可能な特異性を示し、内部ホライズンを持たない。
• 雲状の糸エネルギー密度の幾何学的遮蔽により保存エネルギー M が有限になる。
• f(r) が負の最小値から地平まで増加する内部解は r=0 near での統合可能な力学を保証する。
• イスラエル–ダルモワ接合条件は地平での計量と半径方向圧の連続性を意味し、地平での f の導関数連続性を強制し、温度の概念と結びつく。
• 糸の雲内部を持つRN外部の場合、特定の接合条件がパラメータ a と l を関係付け、有限な内部宇宙定数を導出する。
• 新しい糸流体内部を持つ第2の例では explicit f(r) = 1 − (2M/r)(1 − e^(−r/b)) + r^2/l^2 の形と、同様の接合条件構造を与える。