[논문 리뷰] Back-reaction of the Hawking radiation flux on a gravitationally collapsing star II: Fireworks instead of firewalls

Laura Mersini–Houghton, Harald Pfeiffer|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 05.

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 중력적으로 붕괴하는 항성의 호킹 복사의 반작용을 모델링하여, 반사되는 복사의 음의 에너지 유량을 붕괴를 늦추고 뒤집는 방향으로 전파되는 유량으로 간주함으로써, 항성의 붕괴에 미치는 호킹 복사의 영향을 조사한다. 4차원 전체 아인슈타인 방정식과 유체역학 방정식을 사용하고, 먼 과거의 초기 상태로 언루 진공을 사용함으로써, 항성이 사건의 지평선이나 특이점을 형성하지 않고 증발하는 것을 보여준다. 이는 화염벽을 동적인, 지평선이 없는 증발 과정인 '화약'으로 대체한다.

ABSTRACT

A star collapsing gravitationally into a black hole emits a flux of radiation, known as Hawking radiation. When the initial state of a quantum field on the background of the star, is placed in the Unruh vacuum in the far past, then in the exterior Hawking radiation corresponds to a flux of positive energy radiation travelling outwards from near the surface to future infinity. Based on pair creation, the evaporation of the collapsing star can be equivalently described by the absorption of an ingoing negative energy flux of radiation travelling towards the center of the star. Here, we are interested in the evolution of the star during its collapse. Thus we include the backreaction of the negative energy Hawking flux in the interior geometry of the collapsing star when writing the full 4-dimensional Einstein and hydrodynamic equations. Hawking radiation emitted before the star passes through its Schwarzschild radius slows down and reverses the collapse of the star. The star evaporates without forming an horizon or a singularity. This study provides a more realistic investigation than the one first presented in [1], since the backreaction of Hawking radiation flux on the collapsing star is studied in the case when the initial state of the field is in Unruh's vacuum.

연구 동기 및 목표

• 전체 4차원 아인슈타인 방정식과 유체역학 방정식을 사용하여 호킹 복사의 반작용을 붕괴하는 항성에 모델링하기.
• 호킹 복사의 음의 에너지 유량이 중력 붕괴를 멈추고 뒤집을 수 있는지 조사하기.
• 초기 양자 상태로 언루 진공을 사용할 경우, 블랙홀의 사건의 지평선이나 특이점이 형성되는지 여부를 규명하기.
• 역동적 붕괴에 양자장의 반작용을 포함하여 화염벽 시나리오의 더 현실적인 대안을 제공하기.

제안 방법

• 쌍 생성 과정을 통해 호킹 복사 유량을 들어오는 음의 에너지 유량으로 모델링하기.
• 붕괴하는 항성에 대해 전체 4차원 아인슈타인 방정식과 유체역학 방정식을 연계하여 풀기.
• 장의 초기 양자 상태로 먼 과거의 언루 진공을 사용하기.
• 시스템을 역동적으로 진화시켜 음의 에너지 유량이 항성 내부 기하학과 붕괴 역학에 미치는 영향를 추적하기.
• 항성 반지름과 에너지 밀도의 진화를 분석하여 지평선 형성 또는 붕괴의 뒤집힘 여부를 탐지하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 음의 에너지 호킹 복사 유량의 반작용이 중력 붕괴 기간 동안 사건의 지평선 형성을 방지하는가?
• RQ2 호킹 복사에서 유도되는 에너지 유량으로 인해 항성이 붕괴를 뒤집어 지평선이 없는 증발을 이룰 수 있는가?
• RQ3 초기 언루 진공 상태가 양자 반작용 하에서 붕괴하는 항성의 역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 양자 복사 효과를 완전히 포함했을 때 항성의 최종 상태는 어떤 성격을 띄는가?

주요 결과

• 호킹 복사에서 유래한 음의 에너지 유량이 항성의 중력 붕괴를 느리게 하고 결국 뒤집는다.
• 항성은 사건의 지평선이나 시공간 특이점을 형성하지 않고 완전히 증발한다.
• 최종 결과는 블랙홀의 화염벽이 아닌, 동적인, 지평선이 없는 과정으로서 '화약'과 유사하다.
• 전체 4차원 아인슈타인-유체역학 프레임워크에서의 반작용 포함으로 비특이성이고 지평선이 없는 증발 시나리오가 도출된다.