[논문 리뷰] Radiation from a dust dynamical LTB black hole

Javad T. Firouzjaee, Reza Mansouri|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 04.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 전역적인 사건의 경계가 존재하지 않는 우주론적 FRW 배경에서 동적인 LTB 블랙홀의 호킹 복사에 대해 연구한다. 해밀턴-자코비 및 방사형 영직선 지오데식 방법을 사용하여, 사건의 경계가 아니라 명백한 경계가 복사를 방출하며, 일관된 호킹 온도를 제공하고, 동적인 시스템에 대한 블랙홀 열역학의 제1법칙을 지지함을 보여준다.

ABSTRACT

Does a dynamical black hole embedded in a cosmological FRW background emit Hawking radiation where a globally defined event horizon does not exist? What are the differences to the Schwarzschild black hole? What about the first law of black hole mechanics? We face these questions using the LTB cosmological black hole model recently published. Using the Hamilton-Jacobi and radial null geodesic-methods suitable for dynamical cases, we show that it is the apparent horizon which contributes to the Hawking radiation and not the event horizon. The Hawking temperature is calculated using the two different methods giving the same result. The first law of LTB black hole dynamics and the thermal character of the radiation is also dealt with.

연구 동기 및 목표

• 전역적으로 정의된 사건의 경계가 존재하지 않는 우주론적 FRW 배경에 임베디드된 동적인 블랙홀에서 호킹 복사가 발생하는지 여부를 규명하는 것.
• 이러한 동적인 시스템에서 복사 방출에 있어 명백한 경계와 사건의 경계의 역할을 명확히 하는 것.
• 동적인 시공간에 적합한 두 가지 독립적인 방법을 사용하여 호킹 온도를 유도하는 것.
• LTB 동적인 블랙홀 모델의 맥락에서 블랙홀 역학의 제1법칙의 타당성을 검토하는 것.

제안 방법

• LTB 시공간에서 명백한 경계를 통해 입자가 터널링하는 비율을 계산하기 위해 해밀턴-자코비 방법의 적용.
• 입자 방출을 분석하고 동적인 조건에서 호킹 온도를 도출하기 위해 방사형 영직선 지오데식의 사용.
• 전역적인 사건의 경계가 없는 시공간에 표준 호킹 복사 기법을 적응하여, 관련된 인과 경계로 명백한 경계에 초점을 맞춤.
• 두 방법을 통해 호킹 온도를 유도하여 일관성과 결과의 타당성을 확인.
• LTB 동적인 블랙홀에 대해 블랙홀 열역학의 제1법칙을 수립하여 에너지, 엔트로피, 경계 성질 간의 관계를 연결.
• 복사 스펙트럼의 열적 성격을 분석하여, 이가 호킹 유사 특성을 지닌다는 것을 확인.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전역적으로 정의된 사건의 경계가 존재하지 않는 우주론적 FRW 배경에서의 동적인 블랙홀이 호킹 복사를 방출하는가?
• RQ2 이러한 동적인 시공간에서 호킹 복사를 결정하는 경계는 명백한 경계인가, 아니면 사건의 경계인가?
• RQ3 해밀턴-자코비 방법과 방사형 영직선 지오데식 방법은 LTB 블랙홀의 호킹 온도 계산에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 LTB 동적인 블랙홀 모델의 맥락에서 블랙홀 열역학의 제1법칙이 유지되는가?
• RQ5 LTB 블랙홀에서 방출되는 복사의 열적 특성은 무엇이며, 표준 슈바르츠실트 경우와 비교해보면 어떻게 되는가?

주요 결과

• LTB 동적인 블랙홀 모델에서 호킹 복사의 원천은 사건의 경계가 아니라 명백한 경계이다.
• 해밀턴-자코비 방법으로 유도한 호킹 온도가 방사형 영직선 지오데식 방법으로 얻은 온도와 정확히 일치하여 일관성이 확인되었다.
• LTB 블랙홀에 대해 블랙홀 열역학의 제1법칙이 성립하며, 에너지, 엔트로피, 경계 면적 간의 관계가 정적 블랙홀과 유사하게 나타난다.
• 복사 스펙트럼은 열적 특성을 보이며, 방출이 호킹 복사로 간주될 수 있음을 지지한다.
• 결과는 동적인 비균일 우주론적 블랙홀 모델에서 명백한 경계가 복사 방출에 있어 주요 역할을 한다는 것을 시사한다.
• 비정적 블랙홀에 대한 복사 방출의 모호함을 해결하기 위해, 명백한 경계가 핵심 물리적 경계로 규명되었다.