[논문 리뷰] Hairy black holes in the bigravity theory

Mikhail S. Volkov|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 29.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 하나의 질량이 있는 중력장과 하나의 질량이 없는 중력장이 있는 고鬼 없는 비일반 중력 이론에서 털난 블랙홀을 연구한다. 공통된 사건의 지평선과 동일한 호킹 온도를 가진 여러 해석 클래스가 존재하는 수치적 증거를 제시하며, 이들은 지평선 구조와 점 渐진적 행동에서 다름을 보인다. 이는 아디스-반 데르 실라(AdS) 및 평탄한 해석을 포함하며, 전역적으로 규칙적인 '중력 덩어리'와 물질이 있는 경우 반-바인슈타인-스프레딩된 해석을 식별한다.

ABSTRACT

We study black holes in the recently proposed ghost-free theory with two gravitons, one of which is massive and another is massless. These black holes possess a regular event horizon which is common for both metrics and has the same values of the surface gravity and Hawking temperature with respect to each metric. The ratio of the event horizon radii measured by the two metrics is a free parameter that labels the solutions. We present a numerical evidence for their existence and find that they comprise several classes. Black holes within each class approach the same AdS-type asymptotic at infinity but differ from each other in the event horizon vicinity where the short-range massive modes reside. In addition, there are solutions showing a curvature singularity at a finite proper distance from the horizon. For some special solutions the graviton mass may become effectively imaginary, causing oscillations around the flat metric at infinity. The only asymptotically flat black hole we find -- the Schwarzschild solution obtained by identifying the two metrics -- seems to be exceptional, since changing even slightly its horizon boundary conditions completely changes the asymptotic behavior at infinity. We also construct globally regular solutions describing `lumps of pure gravity' which can be viewed as black hole remnants in the limit where the event horizon shrinks. Finally, adding a matter source we obtain globally regular and asymptotically flat solutions exhibiting the Vainstein mechanism of recovery of General Relativity in a finite region.

연구 동기 및 목표

• 일반 상대성 이론의 블랙홀 해석을 연구하는 데서, 하나의 질량이 있는 중력장과 하나의 질량이 없는 중력장이 있는 고鬼 없는 비일반 중력 이론에서의 블랙홀 해석을 탐색한다.
• 두 개의 계량이 같은 지평선과 열역학적 성질을 공유하는 이중 계량 프레임워크에서 사건의 지평선의 역할을 이해한다.
• 이 블랙홀의 점 渐진적 행동과 곡률 구조를 연구한다. 이는 특이점과 아디스-반 데르 실라(AdS) 유형의 극한을 포함한다.
• 전역적으로 규칙적인 해석을 구성하여 중력 덩어리의 형태를 나타내고, 블랙홀 잔여물과의 관계를 연구한다.
• 물질 소스가 존재할 경우 반-바인슈타인 메커니즘을 통해 일반 상대성 이론이 어떻게 복원되는지 조사한다.

제안 방법

• 고鬼 없는 비일반 중력 이론에서 두 개의 계량(하나의 질량이 있는 중력장과 하나의 질량이 없는 중력장)이 있는 블랙홀 해석의 수치적 구성.
• 두 계량 모두에 동일한 사건의 지평선 경계 조건을 적용하여 표면 중력과 호킹 온도가 일치하도록 보장.
• 두 계량 간의 지평선 반지름 비율을 자유 매개변수로 삼아 서로 다른 해석 클래스를 레이블링.
• 무한대에서의 점 渐진적 행동 분석을 통해 경계 조건에 따라 아디스-반 데르 실라(AdS) 유형과 평탄한 해석을 식별.
• 일부 해석 분지에서 지평선으로부터 유한한 진원 거리에서 곡률 특이점이 존재하는지 조사.
• 물질 소스를 도입하여 반-바인슈타인 메커니즘을 탐구하고, 유한한 영역 내에서 일반 상대성 이론이 복원됨을 도출.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비일반 중력 이론에서의 블랙홀 해석은 일반 상대성 이론의 블랙홀과 계량 구조와 지평선 성질 측면에서 어떻게 다를까?
• RQ2 이 블랙홀의 점 渐진적 행동은 무엇에 의해 결정되며, 경계 조건에 따라 아디스-반 데르 실라(AdS) 또는 평탄한가?
• RQ3 비일반 중력 블랙홀에서 지평선으로부터 유한한 거리에서 곡률 특이점이 형성될 수 있으며, 어떤 조건에서 그러한 현상이 발생하는가?
• RQ4 다양한 해석 분지에서 중력장 질량은 어떻게 행동하는가? 효과적으로 허수로 변할 수 있는가?
• RQ5 이 비일반 중력 프레임워크에서 물질이 존재할 경우 반-바인슈타인 메커니즘이 일반 상대성 이론을 어느 정도 복원할 수 있는가?

주요 결과

• 비일반 중력 이론에서의 블랙홀 해석은 질량이 있는 중력장과 질량이 없는 중력장 모두에 대해 동일한 사건의 지평선, 동일한 표면 중력 및 호킹 온도를 가진다.
• 두 계량 간의 지평선 반지름 비율은 서로 다른 해석 클래스를 레이블링하는 자유 매개변수로 작용하며, 이는 근접 지평선의 구조가 다름을 의미한다.
• 해석들은 다양한 점 渐진적 행동을 보이며, 일부는 아디스-반 데르 실라(AdS) 유형의 무한대에 수렴하고, 다른 일부는 평탄한 해석을 보인다. 후자는 지평선 경계 조건에 매우 민감하다.
• 일부 해석은 지평선으로부터 유한한 진원 거리에서 곡률 특이점을 포함하며, 이는 규칙적인 지평선에도 불구하고 비규칙적인 행동을 나타낸다.
• 일부 해석에서 중력장 질량은 효과적으로 허수로 변하여 무한대에서 평탄한 계량 주변에서 진동하는 행동을 보인다.
• 유일하게 발견된 평탄한 블랙홀—스튀르지르의 해석으로 식별된 것—은 특별한 경우로 간주되며, 지평선 조건의 미세한 변화가 그 점 渐진적 행동을 근본적으로 변화시킨다.