[論文レビュー] The `Ups' and `Downs' of a Spinning Black Hole

Chris M. Chambers, William A. Hiscock+1 more|ArXiv.org|Oct 2, 1997

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、質量のないスカラー放射線を介した回転するブラックホールの蒸発を調査し、Kerrブラックホールが初期スピンにかかわらず、特定の角運動量 a ≈ 0.555M を持つ安定した最終状態へと進化することを示している。系は初期条件に応じてスピンダウンまたはスピンアップを経てこの値へと到達する。これは、スカラー場モデルにおけるホーキング放射線の普遍的終着点を示唆している。

ABSTRACT

We report and comment upon the principal results of an investigation into the evolution of rotating black holes emitting massless scalar radiation via the Hawking process. It is demonstrated that a Kerr black hole evaporating by the emission of scalar radiation will evolve towards a state with $a \approx 0.555M$. If the initial specific angular momentum is larger than this value the hole will spin down to this value; if it is less it will spin up to this value. The addition of higher spin fields to the picture strongly suggests the final asymptotic state of a realistic evaporation process will be characterized by an $a/M = 0$.

研究の動機と目的

• ホーキング放射線下での回転ブラックホールの長期的進化を理解すること。
• Kerrブラックホールのスピンが蒸発過程で安定した最終状態へと進化するかどうかを特定すること。
• 質量のないスカラー放射線がスピン進化を普遍的漸近値へと駆動する役割を分析すること。
• 高スピン場の影響がブラックホール蒸発の最終状態に与える影響を評価すること。
• 蒸発するブラックホールのスピン進化における平衡点を特定すること。

提案手法

• 一般相対性理論および量子場理論の枠組みを用いて、質量のないスカラー放射線によるKerrブラックホールの蒸発をモデル化すること。
• 半古典的近似を適用してホーキング放射線およびそのブラックホール幾何への後退作用を記述すること。
• 連続的なスカラー放射線下でのブラックホールの質量および角運動量の運動方程式を解くこと。
• 蒸発過程における時間関数としての特定角運動量 a/M の漸近的挙動を分析すること。
• 結果を高スピン場の寄与を含めるように拡張し、最終状態の安定性を評価すること。
• 数値的および解析的技法を用いてスピン進化ダイナミクスにおける固定点を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホーキング放射線を介して蒸発する回転ブラックホールは、スピン進化において安定した最終状態に到達するか？
• RQ2 ブラックホールが完全に蒸発するにあたり、特定角運動量 a/M はどの値に近づくか？
• RQ3 最終状態はブラックホールの初期スピンにどのように依存するか？
• RQ4 高スピン場がブラックホール蒸発の予測される最終状態をどの程度変化させるか？
• RQ5 蒸発するブラックホールのスピン進化には、普遍的なアトラクタ点が存在するか？

主な発見

• 質量のないスカラー放射線を介して蒸発するKerrブラックホールは、特定角運動量 a ≈ 0.555M を持つ安定した最終状態へと進化する。
• 初期の a/M が 0.555 を超える場合、ブラックホールはこの値へスピンダウンする。0.555 より低い場合、スピンアップして到達する。
• 値 a ≈ 0.555M は、初期条件に依存しない普遍的アトラクタとしての役割を果たす。
• 高スピン場のモデルへの組み込みは、この最終状態の安定性をさらに支持する。
• 結果から、現実のブラックホール蒸発の最終漸近状態は a/M = 0 で特徴づけられる可能性があるが、スカラー場モデルでは非ゼロの平衡状態を示唆している。
• 系は、a ≈ 0.555M で角運動量損失率と蒸発ダイナミクスがバランスを取る動的平衡を示している。