[논문 리뷰] Stability of white holes revisited

Igor Nikitin|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 08.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 13인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 백색 구멍이 중심에 음의 질량을 도입함으로써 안정화될 수 있으며, 이로써 동적 평형을 유지하면서도 임의의 에너지 분율을 방출할 수 있음을 제안한다. 이 모델은 T-대칭, 정적 시나리오를 사용하며, 영광각각, 축방향 유속 또는 광자 기체를 포함한다. 여기서 음의 특이점 주변의 질량이 큰 양의 코트가 극도의 적색편이를 통해 천체적 금지 원칙을 구현하며, 외부적으로는 블랙홀을 닮지만 특이점에서 온 신호가 무한대까지 도달할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

It is shown that the models of white hole interacting with external matter can be made stable by introduction of a negative central mass. Similar results are obtained for the models of white hole, interacting with null shells, with radial flows of matter and with photon gas. In realistic models, a naked timelike singularity corresponding to the negative mass is hidden under a coat of positive mass, providing an extremely strong redshift for photons born in the Planck neighborhood of the singularity and observed at infinity, thereby realizing the principle of cosmic censorship in a relaxed form.

연구 동기 및 목표

• 외부 물질과의 상호작용에서 백색 구멍의 불안정성을 해결하기 위해, 특히 붕괴하는 영광각각을 사용하는 모델에서의 문제를 다루는 것.
• 축방향 물질 유속 또는 광자 기체를 포함한 T-대칭, 정적 시나리오가 안정된 구성으로 이어지는지 조사하는 것.
• 음의 질량이 백색 구멍 모델의 안정화와 방출 및 흡수 간의 평형을 가능하게 하는 데서 수행하는 역할을 탐색하는 것.
• 음의 질량 특이점 주변의 질량이 큰 양의 코트로 인해 극도의 중력적 적색편이가 발생함으로써 천체적 금지 원칙이 어떻게 완화된 형태로 실현되는지 분석하는 것.
• 이러한 시스템이 외부적으로는 블랙홀을 닮을 수 있지만, 내부 구조와 신호 특성에 의해 구분 가능할 수 있는지 확인하는 것.

제안 방법

• 펜로즈 다이어그램을 사용하여 T-대칭 영광각각 충돌을 통해 외부 물질과의 백색 구멍 상호작용을 모델링하며, 영역 C에는 중심 질량 $ m_0 $ 가 포함되어 있으며, 이는 양의 값과 음의 값을 모두 가질 수 있다.
• 영광각각의 경계 조건을 계산하기 위해 Dray-'t Hooft 형식을 적용하여, 사건의 지평선을 넘는 질량 재분배와 에너지 흐름을 계산한다.
• 축방향 흐름 모델에서 Misner-Sharp 질량을 계산하여 중심에 음의 질량 핵이 존재하는지 확인한다.
• 광자 기체에 대해 Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) 방정식을 분석하여 음의 중심 질량을 가진 정적이고 등방적인 해를 유도한다.
• 음의 질량 특이점의 플랑크 스케일 근처에서 중력적 적색편이 효과를 평가하여, 방출된 광자가 무한대에서 극도로 낮은 에너지로 적색편이됨을 보여준다.
• 특히 준임계 TOV 영역에서 등방성, 균일성, 정적, T-대칭성 조건 하에서 해의 대칭성과 안정성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 음의 중심 질량이 도입된 경우, 붕괴하는 영광각각과 상호작용할 때 백색 구멍이 안정성을 유지할 수 있는가?
• RQ2 음의 질량 핵의 존재가 백색 구멍 모델에서 사건의 지평선의 형성과 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 축방향 흐름 또는 광자 기체를 포함한 T-대칭, 정적 해가 블랙홀 행동을 어느 정도 닮을 수 있으며, 동시에 중심의 시공간적 특이점을 유지할 수 있는가?
• RQ4 노출된 시공간적 특이점이 존재하는 상황에서 천체적 금지 원칙은 이러한 모델에서 어떻게 실현되는가?
• RQ5 특히 특이점에서 방출된 적색편이된 광자 폭발의 관측적 특징은 무엇인가?

주요 결과

• 음의 중심 질량을 도입함으로써 영광각각 상호작용 하에서 백색 구멍 모델이 안정화되며, 들어오는 광각각의 전체 에너지까지 포함해 임의의 분율을 방출할 수 있다.
• 축방향 흐름 모델에서 Misner-Sharp 질량 계산을 통해 중심에 음의 질량 핵이 존재함을 확인하였으며, 이는 T-대칭적, 정적 평형과 일치한다.
• TOV 방정식에 따르면 광자 기체 모델은 음의 중심 질량을 가진 준임계, 고도로 대칭적인 해를 제공하며, 질량이 큰 양의 코트가 음의 질량 특이점 주변을 둘러싸고 있어 등방성과 정적 성질을 유지한다.
• 플랑크 척도의 특이점 근처에서 방출된 광자는 음의 질량 특이점의 영향(우리의 적색편이)과 양의 질량 코트의 영향(적색편이)이 결합되어 무한대에서 극도로 낮은 에너지 신호로 나타난다.
• 이 시스템은 백색 구멍과 블랙홀의 성질을 동시에 가지며, 물질을 방출하고 흡수하는 동시에 무한히 안정된 상태를 유지하며, 준블랙홀 또는 어두운 항성과 유사하다.
• 이상한 핵의 총 질량과 팽창 코트의 질량은 모두 크기가 매우 크며, 관측 가능한 우주의 질량을 초월할 수 있으며, 이는 고에너지 과정이 필요할 수 있는 이상적인 평형 한계를 시사한다.