[논문 리뷰] Ruppeiner geometry for charged AdS black holes surrounded by quintessence with a cloud of strings background

Aditya Singh, Aritra Ghosh외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 20.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 파ameter α를 가진 쿠인티세스로 모델링된 암흑 에너지가 스트링의 구름 배경에서 전하를 띤 AdS 블랙홀의 열역학 기하학과 미세구조 상호작용에 미치는 영향을 조사한다. 엔탈피를 열역학적 포텐셜로 사용한 루페이너 기하학을 통해 α가 장거리 반발력 상호작용을 유도함으로써 임계 α 이상에서 곡률 스칼라 R가 음이 아닌 값을 가지게 되어, 전하를 띤 및 회전하는 블랙홀에서 흡인적 상호작용에서 우세한 반발력 상호작용으로의 전이가 발생함을 보여준다.

ABSTRACT

In this paper, we study the effect of dark energy on the extended thermodynamic structure and interacting microstructures of black holes in AdS, through an analysis of thermodynamic geometry. Considering various limiting cases of the novel equation of state obtained in charged rotating black holes with quintessence, and taking enthalpy $H$ as the key potential in the extended phase space, we scrutinize the behavior of the Ruppeiner curvature scalar $R$ in the entropy-pressure $(S,P)$-plane (or equivalently in the temperature-volume ($T,V$)-plane). Analysis of $R$ empirically reveals that dark energy parameterized by $\alpha$, significantly alters the dominant interactions of neutral, charged and slowly rotating black hole microstructures. In the Schwarzschild-AdS case: black holes smaller than a certain size continue to have attractive interactions whereas larger black holes are completely dominated by repulsive interactions which arise to due dark energy. For charged or rotating AdS black holes with quintessence, $R$ can change sign at multiple points depending upon the relation between $\alpha$ and charge $q$ or angular momentum $J$. In particular, above a threshold value of $\alpha$, $R$ is never negative at all, suggesting heuristically that the repulsive interactions due to quintessence are long ranged as opposed to the previously known short ranged repulsion in charged AdS black holes. A mean field interaction potential is proposed whose extrema effectively capture the points where the curvature $R$ changes sign.

연구 동기 및 목표

• 스트링의 구름 배경에서 전하를 띤 AdS 블랙홀의 열역학 기하학에 대해 암흑 에너지가 미치는 영향을 분석하는 것.
• 쿠인티세스가 Ruppeiner 곡률 분석을 통해 블랙홀 내 미세구조 상호작용의 성질과 범위를 어떻게 변화시키는지 조사하는 것.
• Ruppeiner 곡률 스칼라 R가 음(흡인적)에서 양(반발적)으로 전이되는 조건을 규명하는 것.

제안 방법

• 엔탈피 H를 핵심 포텐셜로 사용한 확장된 상태공간 열역학을 적용하여 S-P(엔트로피-압력) 평면에서 열역학 기하학을 매핑하는 것.
• 온도-체적(T-V) 평면에서 Ruppeiner 곡률 스칼라 R을 계산하여 미세구조 상호작용을 탐구하는 것.
• 전하를 띤 회전 블랙홀의 상태방정식의 극한 경우를 분석하여 α, 전하 q, 각운동량 J의 역할을 평가하는 것.
• R의 부호 변화와 일치하는 극값을 가지는 평균장 상호작용 포텐셜을 도입하는 것.
• 수치적 및 해석적 기법을 사용하여 α, q, J의 다양한 값에서 R을 평가하고 임계 임계점을 규명하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿠인티세스 매개변수 α는 전하를 띤 AdS 블랙홀에서 Ruppeiner 곡률 스칼라 R의 부호와 크기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 어떤 조건에서 암흑 에너지의 영향으로 인해 미세구조 상호작용이 흡인적에서 반발적으로 전이되는가?
• RQ3 쿠인티세스의 존재가 확장된 상태공간에서 R의 행동에 따라 장거리 반발력 상호작용을 유도하는가?
• RQ4 전하 q와 각운동량 J는 R이 전체 상태공간에서 음이 아닌 값을 가지게 되는 α의 임계값을 어떻게 조절하는가?
• RQ5 R의 부호 변화 지점과 일치하는 평균장 상호작용 포텐셜은 상호작용 유형의 전환을 효과적으로 모델링할 수 있는가?

주요 결과

• 스카워츠실트-AdS 블랙홀의 경우, 작은 블랙홀은 흡인적 상호작용(R < 0)을 보이며, 큰 블랙홀은 암흑 에너지로 인해 반발적 상호작용(R > 0)이 지배한다.
• 쿠인티세스가 존재하는 전하를 띤 및 느리게 회전하는 AdS 블랙홀에서는 α, q, J 간의 상호작용에 따라 R의 부호가 여러 지점에서 변화할 수 있다.
• 임계 임계값 이상의 α에서 Ruppeiner 곡률 R은 모든 값에서 음이 아닌 값을 유지하며, 이는 쿠인티세스로 인한 반발력 상호작용가 표준 전하를 띤 AdS 블랙홀의 단거리 반발력보다 장거리임을 시사한다.
• 제안된 평균장 상호작용 포텐셜은 R의 부호 변화 지점을 효과적으로 포착하여, 미세구조 상호작용의 상전이와 물리적 대응 관계를 시사한다.
• 결과적으로 암흑 에너지가 쿠인티세스를 통해 블랙홀의 미세구조 상호작용의 주요 특성을 근본적으로 변화시키며, α가 증가함에 따라 흡인적에서 반발적으로 전이됨을 나타낸다.