[논문 리뷰] Can black holes be a source of dark energy?

S L Parnovsky|arXiv (Cornell University)|2023. 02. 26.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 제안된 블랙홀 질량의 우주론적 결합에도 불구하고 블랙홀이 필요한 음의 압력을 제공하지 못해 암흑에너지로 작용할 수 없으며, 그레이브스타(gravastar) 시나리오조차 가속화를 이끄는 타당하지 않은 조건을 필요로 한다고 주장한다.

ABSTRACT

The hypothesis that the mass of black holes increases with time according to the same law as the volume of the part of the Universe containing it and therefore the population of BHs is similar to dark energy in its action was recently proposed. We demonstrate the reasons why it cannot be accepted, even if all the assumptions on which this hypothesis is based are considered true.

연구 동기 및 목표

• 우주 팽창과 함께 질량 증가가 암흑에너지로 작용한다는 주장 평가.
• M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k 관계가 음의 압력 성분을 산출하는지 검토.
• BH를 암흑에너지의 유사체로서의 에너지 조건과 상태방정식에 대해 검토.
• 반중력의 대안 원천으로서의 그레이브스타 시나리오와 그 실현 가능성 논의.

제안 방법

• 이전 연구와 같이 k ~ 3인 M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k 프레임워크를 채택.
• BH가 음의 압력을 갖는 에너지 밀도에 기여한다고 가정했을 때 프리드만(Friedmann) 방정식에 대한 시사점을 분석.
• 가속화를 위해 ρ + 3P < 0이 필요한지 여부와 BH가 이를 만족하는지 평가.
• 내부가 De Sitter 유사 진공으로 구성된 그레이브스타 모델을 반중력 소스로 고려.
• BH 질량 증가 시나리오를 BH 및 호스트 항성 질량의 재래적(관찰) 관측과 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우주론적으로 결합된 블랙홀들이 우주 가속에 필요한 음의 압력을 제공할 수 있는가?
• RQ2 가정된 BH 질량 증가 법칙 M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k가 표준 에너지 조건 아래 실현 가능한 암흑에너지 유사체를 이끌 수 있는가?
• RQ3 그레이브스타 모델이 가속화를 이끄는 충분한 물리적으로 타당한 반중력 성분을 제공하는가?
• RQ4 적색편이에 따른 관측 BH 질량 경향이 제시된 증가 법칙 및 DE 요구사항과 일치하는가?

주요 결과

• 제시된 법칙 아래의 BH 질량 증가가 암흑에너지에 필요한 음의 압력을 생성할 수 없다.
• k ≈ 3일지라도 우주론적 맥락에서 BH가 ρ + 3P < 0인 상태방정식을 생성하지 않는다.
• BH들이 글로벌 음의 압력 구성요소로 충분히 균일하게 분포하지 않는다.
• 표준 DE의 거시적 특성(상수 밀도 및 P ≈ −ρ)은 BH에 의해 우주 규모에서 재현될 수 없다.
• 그레이브스타 시나리오는 내부 음의 압력을 도입할 수 있지만 가속화를 달성하기 위해 총 우주 질량의 상당하고 비현실적인 비율이 필요하다.