[논문 리뷰] Absence of event horizon in massive compact objects in infinite derivative gravity

Alexey S. Koshelev, Anupam Mazumdar|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 02.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 유한하지 않은 파생도가 중력—게임스-프리인 고차 도함수 중력 이론—에서 기본적인 질량 갭 스케일 덕분에 사건의 지평선 없이 질량이 큰 밀집 천체가 형성될 수 있다고 제안한다. 이 스케일을 이용해 곡률 특이점을 방지함으로써, 이 이론은 특이점이 없고 지평선이 없는 초거대한 밀집 천체를 도출하며, 일반 상대성 이론에서의 블랙홀 특이점을 해결한다.

ABSTRACT

Einstein's General theory of relativity is plagued by cosmological and blackhole type singularities Recently, it has been shown that infinite derivative, ghost free, gravity can yield non-singular cosmological and mini-blackhole solutions. In particular, the theory possesses a {\it mass-gap} determined by the scale of new physics. We will use this property to argue that it is possible to form a non-singular super-massive compact objects without having any event horizon in this class of theories.

연구 동기 및 목표

• 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 발생하는 특이점 문제, 특히 블랙홀과 우주론과 관련된 특이점 문제를 해결하기 위함.
• 유령이 없는 고차 도함수 항을 포함한 무한 파생도 중력 이론이 질량이 큰 밀집 천체에 대해 비특이적 해를 도출할 수 있는지 조사하기 위함.
• 이 이론의 내재된 질량 갭 스케일을 활용하여 사건의 지평선이 없는 초거대한 밀집 천체를 형성할 수 있는지 탐색하기 위함.
• 이론 프레임워크 내에서 지평선이 없는 것이 특이점의 부재와 일관됨을 보여주기 위함.

제안 방법

• 유령과 보존 위반을 피하는 고차 도함수 일반 상대성 이론의 확장인 무한 파생도 중력 이론을 사용함.
• 중력 상호작용의 최소 에너지 스케일을 설정하는 이론의 내재된 질량 갭 스케일을 적용하여 곡률 발산을 방지함.
• 이론의 장 방정식을 분석하여 밀집 천체의 해가 중심부에서도 여전히 정규이고 유한하게 유지됨을 보임.
• 비국소적 구조를 기반으로 하여 특이점이 없고 지평선이 없는 초거대 밀집 천체의 해를 구성함.
• 지평선의 부재가 이론의 구조에서 자연스럽게 유도되며, 정교한 조정이나 외부 가정이 필요하지 않음을 입증함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무한 파생도 중력 이론은 사건의 지평선 없이 질량이 큰 밀집 천체에 대해 비특이적 해를 도출할 수 있는가?
• RQ2 무한 파생도 중력 이론의 질량 갭 스케일은 밀집 천체 내 곡률 특이점을 어떻게 방지하는가?
• RQ3 이 이론에서 지평선이 없고 비특이적인 밀집 천체의 구조적 및 역학적 성질은 무엇인가?
• RQ4 이러한 해에서 지평선의 부재는 이론의 일반적 특성인지, 특정 경계 조건에 의존하는가?

주요 결과

• 무한 파생도 중력 이론은 특이점이 없는 해를 도출하여 곡률 특이점의 필요성을 제거한다.
• 이 이론 내의 질량 갭 스케일 존재로 인해 초거대 밀집 천체에서 사건의 지평선 형성이 방지된다.
• 이 프레임워크 내에서 밀집 천체의 해는 중심에서 정규적이며, 중심 특이점의 부재를 나타낸다.
• 지평선의 부재는 이론의 비국소적 고차 도함수적 구조의 직접적인 결과이며, 특수한 가정이 아니다.