[논문 리뷰] Does The Principle Of Equivalence Prevent Trapped Surfaces From Being Formed In The General Relativistic Collapse Process?

D. Leiter, Stanley L. Robertson|arXiv (Cornell University)|2001. 11. 21.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 일반 상대성 이론의 등가 원리가 복사하는 붕괴하는 유체에서 구속 표면의 형성을 금지한다고 주장한다. 왜냐하면 그러한 형성이 유체 세계선을 영으로 만들면 등가 원리 위반을 초래하기 때문이다. 내부 공동 기준프레임과 외부 Vaidya 계량을 사용하여, 항상 g₀₀ > 0임을 보여주며 진정한 사건의 지평선이 형성되지 않음을 시사한다. 이는 은하 블랙홀 후보자들이 관측 가능한 자기 dipole 모멘트를 지닌 영구적으로 붕괴하는 물체(MECO)로 더 잘 기술되어야 한다는 결론을 이끌어낸다.

ABSTRACT

It has been recently shown (Mitra,- astro-ph/9910408, astro-ph/0207056) that the timelike spherical collapse of a radiating, physical fluid in General Relativity, as seen by an interior co-moving observer at rest in the physical fluid, does not permit formation of ``trapped surfaces''. This followed from the fact that the formation of a trapped surface in a physical fluid would cause the timelike world lines of the collapsing fluid to become null at the would be trapped surface, thus violating the Principle of Equivalence in General Theory of Relativity. In this paper we generalize and extend this result by studying the problem from the point of view of the exterior Vaidya metric of a collapsing radiating fluid as seen by an exterior stationary observer, and find that the "no trapped surface condition" becomes g00 > 0 consistent with that obtained for the interior co-moving metric. Since we have shown that the Principle of Equivalence prevents trapped surfaces from being formed in collapsing, radiating objects, then true event horizons cannot exist and Galactic Black Hole Candidates (GBHC) must have physically observable intrinsic magnetic dipole moments. Because of this fact it follows (Robertson and Leiter - astro-ph/0102381, astro-ph/0208333) that GBHC can be consistently described, within the framework of General Relativity, in terms of a magneto-spheric eternally collapsing objects (MECO) without true event horizons.

연구 동기 및 목표

• 복사하는 유체의 일반 상대성 이론적 붕괴 과정에서 등가 원리가 구속 표면 형성을 금지하는지 조사하기.
• 이전의 내부 공동 기준프레임 결과를 외부 정적 관측자 기준으로 확장하기 위해 Vaidya 계량을 사용하기.
• 다양한 기준프레임 간에 구속 표면의 부재가 일관되게 유지되는지 확인하기.
• 은하 블랙홀 후보자(GBHC)에서 진정한 사건의 지평선 존재를 도전하기.
• 일반 상대성 이론 내에서 블랙홀의 타당한 대안으로 MECO 모델을 지지하기.

제안 방법

• 잠재적 구속 표면 근처에서 세계선 행동을 평가하기 위해 복사하는 물리적 유체의 내부 공동 기준프레임 계량 분석하기.
• 정지 관측자의 시각에서 붕괴를 모델링하기 위해 외부 Vaidya 계량 적용하기.
• 등가 원리와 일관된 바탕이 되는 g₀₀ > 0 조건 유도하기 — 이는 구속 표면 형성의 부재를 시사함.
• 내부 및 외부 기준프레임의 결과를 비교하여 구속 표면 부재의 일관성 확인하기.
• 외출하는 영 광자 복사가 있는 구형 대칭 복사 붕괴를 기술하기 위해 Vaidya 계량 사용하기.
• 계량 행동으로부터 유체 세계선이 영이 될 수 없음을 유추하여, 구속 표면 형성이 발생하면 등가 원리 위반을 초래함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반 상대성 이론에서 복사하는 유체의 붕괴 과정에서 등가 원리가 구속 표면 형성을 방지하는가?
• RQ2 내부 공동 기준프레임과 외부 정적 관측자 기준프레임 양쪽에서 구속 표면 부재가 일관되게 입증될 수 있는가?
• RQ3 구속 표면 형성이 없을 경우 은하 블랙홀 후보자(GBHC)에서 사건의 지평선 존재에 어떤 함의가 있는가?
• RQ4 Vaidya 계량은 복사 붕괴에서 구속 표면 형성이 일어나지 않음을 어떻게 뒷받침하는가?
• RQ5 MECO는 일반 상대성 이론 내에서 블랙홀의 타당한 대안이 될 수 있는가?

주요 결과

• 등가 원리에 따르면 구속 표면 형성이 금지되는데, 이는 유체 세계선이 영이 되어야 하며 물리적 물질의 시간적 성격을 위반하기 때문이다.
• 내부 공동 기준프레임과 외부 Vaidya 계량 모두에서 g₀₀ > 0 조건이 유지되어 구속 표면 형성이 일어나지 않음을 확인한다.
• 진정한 사건의 지평선은 복사 붕괴 시스템에서 존재할 수 없으며, 이는 구속 표면 부재 때문이기 때문이다.
• 은하 블랙홀 후보자는 물리적으로 관측 가능한 내재 자기 dipole 모멘트를 가져야 하며, 이는 표준 블랙홀 모델과 정면으로 배치된다.
• MECO 모델은 일반 상대성 이론 내에서 사건의 지평선이 없는 활성 은하핵의 일관된 기술을 제공한다.
• 결과는 GBHC가 블랙홀이 아니라 관측 가능한 전자기적 성질을 지닌 자기권 영구 붕괴 물체라는 견해를 지지한다.