[論文レビュー] Topology and spacetime structure influences on black hole scalarization

Hong Guo, Xiao‐Mei Kuang+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2020

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、さまざまな時空トポロジーにおけるアインシュタイン-スカラー-ガウスボナケット重力理論における自発的スカラー化を調査し、正の曲率を示すAdSブラックホールにおいてスカラー場の出現が最も有利であることを示している。一方、平坦またはデ de Sitter 時空ではそれよりやや不利であり、負の曲率を示すAdSブラックホールでは最も困難である。結果は、曲率トポロジーがスカラー化ダイナミクスに顕著な影響を及ぼすことを示しており、正の曲率がブラックホール周辺のスカラー場の束縛を強化することを示している。

ABSTRACT

Black hole spontaneous scalarization has been attracting more and more attention as it circumvents the well-known no-hair theorems. In this work, we study the scalarization in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet theory with a probe scalar field in a black hole background with different curvature topologies. We first probe the signal of black hole scalarization with positive curvature in different spacetimes. The scalar field in AdS spacetime could be formed easier than that in flat case, and in dS spacetime it is the most difficult to be bounded. Then, we investigate the scalar field around AdS black holes with negative and zero curvatures. Comparing with negative and zero cases, the scalar field near AdS black hole with positive curvature could be much easier to emerge. And in negative curvature case, the scalar field is the most difficult to be bounded near the horizon.

研究の動機と目的

• 時空曲率トポロジーがブラックホール背景における自発的スカラー化に与える影響を調査すること。
• 正、ゼロ、負の曲率の異なるトポロジーにおけるスカラー場の挙動を比較すること。
• プローブスカラー場を用いて、AdS、平坦、de Sitter 時空におけるスカラー化ダイナミクスを分析すること。
• さまざまなトポロジカル条件下でのブラックホール周辺におけるスカラー場の束縛の相対的な容易さや困難さを特定すること。

提案手法

• バックレアクトを無視したプローブスカラー場近似を用いて、アインシュタイン-スカラー-ガウスボナケット重力理論におけるスカラー化を研究する。
• 正、ゼロ、負の曲率を示す異なる曲率トポロジーを持つブラックホール時空におけるスカラー場解を分析する。
• 安定性およびスカラー場の束縛を評価するために、解析的および数値的手法を用いる。
• AdS、ミンコフスキー（平坦）、de Sitter（dS）時空におけるスカラー場の挙動を比較し、曲率効果を評価する。
• 有効ポテンシャルおよび場の分布を評価して、スカラー場の局在の可能性を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AdS時空における正の曲率は、平坦またはde Sitter時空と比較して、ブラックホール周囲におけるスカラー場形成にどのように影響するか？
• RQ2 負、ゼロ、正の曲率トポロジーを持つブラックホールにおけるスカラー場の束縛の相対的な困難さはいかほどか？
• RQ3 なぜ正の曲率を示すAdSブラックホールでは、平坦またはde Sitter時空よりもスカラー化がより容易に達成されるのか？
• RQ4 時空トポロジーの曲率は、ブラックホール事象の地平面付近におけるスカラー場の安定性および局在にどのように影響するか？
• RQ5 ガウスボナケット結合項は、さまざまなトポロジカル条件下でスカラー化を可能にする役割を果たすのか？

主な発見

• スカラー場の形成は、正の曲率を示すAdS時空で最も有利であり、その際束縛が顕著に強化される。
• 平坦時空では、正の曲率を示すAdS時空に比べてスカラー場の束縛が効果的でない。
• de Sitter時空では、正の宇宙定数による反発的効果のため、スカラー化が最も困難である。
• AdSブラックホールにおいては、正の曲率の場合はスカラー場が最も容易に束縛され、ゼロ曲率ではそれよりやや困難であり、負の曲率では最も困難である。
• 負の曲率を示すAdSブラックホールは、スカラー場の局在に最大の障壁を示しており、スカラー化が強くトポロジカルに抑制されていることが示唆される。