[논문 리뷰] Magnetically Charged Black Holes with Hair

Erick J. Weinberg|arXiv (Cornell University)|1995. 03. 17.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 질량이 있는 벡터 메손을 포함하는 이론에서 비구형 대칭성과 '털'—시 horizon 외부에 있는 비자명한 물질 장—을 가진 시간에 의존하지 않는 블랙홀 해를 처음으로 제시한다. 질량이 있는 벡터 메손이 존재하는 이론에서 자석 전하가 두 단위를 초과하는 자석 전하를 가진 블랙홀은 축 대칭성을 깨뜨리며, 일반 상대성 이론에서 물질 장이 존재하는 비회전, 비대칭 블랙홀의 첫 번째 예를 제공한다.

ABSTRACT

In these lectures the properties of magnetically charged black holes are described. In addition to the standard Reissner-Nördstrom solution, there are new types of static black holes that arise in theories containing electrically charged massive vector mesons. These latter solutions have nontrivial matter fields outside the horizon; i.e., they are black holes with hair. While the solutions carrying unit magnetic charge are spherically symmetric, those with more than two units of magnetic charge are not even axially symmetric. These thus provide the first example of time-independent black hole solutions that have no rotational symmetry.

연구 동기 및 목표

• 질량이 있는 벡터 메손을 포함하는 이론에서 비자명한 물질 장('털')을 가진 자석 전하를 가진 블랙홀 해의 존재를 조사하기 위해.
• 이러한 블랙홀이 비틀림 대칭성을 깨뜨리면서도 시간에 의존하지 않는 상태를 유지할 수 있는지 탐구하기 위해.
• 표준 Reissner-Nordström 해를 넘어서 더 높은 자석 전하를 가진 새로운 구성으로 확장하기 위해.
• 고전적 일반 상대성 이론과 질량이 있는 벡터 장이 결합된 맥락에서 이러한 블랙홀 해의 구조와 대칭성을 분석하기 위해.
• 일관된 장 이론에서 기인한 시간에 의존하지 않는 비회전 대칭성 블랙홀의 첫 번째 예를 확립하기 위해.

제안 방법

• 질량이 있는 벡터 메손을 포함하는 이론에서 자석 전하 = 1인 정적이고 구형 대칭 해를 구성하기 위해.
• 더 높은 자석 전하(두 단위를 초과)로 분석을 확장하여, 비선형 중력장과 벡터 장 방정식을 수치적으로 해결하기 위해.
• 중력장과 연결된 에인슈타인-힐베르트 작용을 포함하는 라그랑지안 형식을 사용하기 위해.
• 메트릭과 벡터 장 성분에 대한 비선형 편미분 방정식의 비선형 시스템을 수치적 일반 상대성 이론 기법으로 해결하기 위해.
• 해의 점 渐진적 행동과 사건의 지평선의 구조를 분석하여 정칙성과 블랙홀 성격을 확인하기 위해.
• 벡터 장과 메트릭 성분의 공간적 의존성을 검토하여 해의 대칭성 특성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질량이 있는 벡터 메손을 포함하는 이론에서 비자명한 물질 장('털')을 가진 자석 전하를 가진 블랙홀이 존재할 수 있는가?
• RQ2 자석 전하가 두 단위를 초과하는 해는 비틀림 대칭성을 깨뜨리는가, 특히 비틀림이 없이 존재할 때에도 말이다?
• RQ3 일반 상대성 이론과 질량이 있는 벡터 장이 결합된 맥락에서 비구형 물질 구성이 있는 안정적인 시간에 의존하지 않는 블랙홀 해가 존재하는가?
• RQ4 이러한 블랙홀의 성질은 표준 Reissner-Nordström 해와 어떻게 다를까?
• RQ5 질량이 있는 벡터 장은 어떻게 비대칭적이고, 털이 있는 블랙홀 구성 가능성을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 질량이 있는 벡터 메손을 포함하는 이론에서 비자명한 벡터 장 구성('털')을 가진 자석 전하를 가진 블랙홀이 존재하며, 이는 표준 Reissner-Nordström 해를 초월한다.
• 단위 자석 전하를 가진 해는 구형 대칭성과 정칙성을 보이며, 이는 이 모델에서 털이 있는 블랙홀 존재를 확인한다.
• 두 단위를 초과하는 자석 전하를 가진 블랙홀 해는 축 대칭성을 깨뜨리며, 이는 비회전, 비대칭성 블랙홀의 첫 번째 시간에 의존하지 않는 예를 보여준다.
• 비구형 해는 질량이 있는 벡터 장이 중력장과 비선형적으로 결합함으로써 발생하며, 이는 시지평선 외부에서 비대칭 장 구성이 생기게 한다.
• 이러한 해는 시지평선에서 정칙적이며 점 渐진적으로 평탄한 시공간으로 수렴하며, 모든 물리적 조건을 충족한다.
• 이러한 해의 존재는 구형 대칭성 또는 장거리 장의 부재를 가정하는 전통적 '털 없는 정리'에 도전한다.