[論文レビュー] Stability of white holes revisited

Igor Nikitin|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、中心に負の質量を導入することでホワイトホールを安定化させ、動的平衡を保ちながら任意のエネルギー割合を放出できるようにするという提案を行う。モデルはT対称性、定常的状況を仮定し、光線殻、径方向流れ、または光子ガスを用いる。中心の負の特異点を取り巻く質量の大きな正の被膜が、極端な赤方偏移によって宇宙的禁制を実現し、外部からはブラックホールに似せた振る舞いを示す一方で、特異点からの信号が無限遠に到達可能であることを保証する。

ABSTRACT

It is shown that the models of white hole interacting with external matter can be made stable by introduction of a negative central mass. Similar results are obtained for the models of white hole, interacting with null shells, with radial flows of matter and with photon gas. In realistic models, a naked timelike singularity corresponding to the negative mass is hidden under a coat of positive mass, providing an extremely strong redshift for photons born in the Planck neighborhood of the singularity and observed at infinity, thereby realizing the principle of cosmic censorship in a relaxed form.

研究の動機と目的

• 外部物質と相互作用する際のホワイトホールの不安定性、特に収縮する光線殻を用いたモデルにおける不安定性を解消すること。
• 径方向の物質流れまたは光子ガスを伴うT対称的・定常的状況が安定な構成を生み出すかを調査すること。
• 負の質量がホワイトホールモデルの安定化に果たす役割と、放射と吸収の間の平衡を実現する仕組みを明らかにすること。
• 負の質量特異点を取り巻く質量の大きな正の被膜による極端な重力赤方偏移によって、どのように宇宙的禁制が緩和的に実現されるかを検討すること。
• このような系が外部からはブラックホールに類似するが、内部構造や信号特性によって区別可能であるかどうかを特定すること。

提案手法

• Penrose図を用いて、T対称性を持つ光線殻衝突のモデル化を行い、領域Cに中心質量 $ m_0 $ を含め、正負の両方の値を許容する。
• Dray-'t Hooft形式を用いて光線殻の界面を計算し、ホライズンを越えての質量再分配とエネルギーの流れを評価する。
• 径方向流れモデルにおけるMisner-Sharp質量を計算し、中心に負の質量コアが存在することを特定する。
• 光子ガスのTOV方程式を解析し、負の中心質量を有する定常的・等方的解を得る。
• 負の質量特異点のプランクスケール近傍における重力赤方偏移効果を評価し、発せられた光子が無限遠で極めて低いエネルギーに赤方偏移することを示す。
• 特に準臨界TOV領域において、等方性、一様性、定常性、T対称性の下での解の対称性と安定性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負の中心質量を導入した場合、収縮する光線殻と相互作用するホワイトホールは安定を保てるか？
• RQ2 負の質量コアの存在が、ホワイトホールモデルにおけるホライズンの形成と安定性にどのように影響するか？
• RQ3 径方向流れまたは光子ガスを伴うT対称的・定常的解が、ブラックホールの振る舞いをどの程度模倣できるか、かつ中心の時空的特異点を保ち続けられるか？
• RQ4 裸の時空的特異点が存在するにもかかわらず、これらのモデルで宇宙的禁制はどのように実現されるか？
• RQ5 特に特異点から発せられる赤方偏移した光子バーストの観測的特徴は何か？

主な発見

• 負の中心質量を導入することで、光線殻との相互作用下でもホワイトホールモデルが安定化し、入射殻の全エネルギーに達するまで任意のエネルギー割合を放出可能となる。
• 径方向流れモデルにおいて、Misner-Sharp質量の計算により、中心に負の質量コアが存在することが確認され、T対称的・定常的平衡と整合的である。
• 光子ガスモデルにおいてTOV方程式を用いることで、準臨界的で極めて対称的な解が得られ、負の質量特異点を取り巻く質量の大きな正の被膜が存在し、等方性と定常性が保たれる。
• プランクスケール特異点付近で発せられた光子は、負の質量特異点による紫外方偏移（ultraviolet shift）と正の質量被膜による赤外方偏移（infrared shift）の両方の効果を受けて、無限遠で極めて低いエネルギーに赤方偏移する。
• この系は、同時にホワイトホールとブラックホールの性質を有する——物質を噴出すると同時に吸収する——が、無限に安定に保たれ、準ブラックホールまたはダークスターに類似した振る舞いを示す。
• 特異的コアとインフレーション被膜の合計質量は、その大きさが非常に大きく、観測可能な宇宙の質量をはるかに超える可能性があり、高エネルギー過程を介した形成が要求される理論的平衡限界を示唆している。