[논문 리뷰] The `Ups' and `Downs' of a Spinning Black Hole

Chris M. Chambers, William A. Hiscock외 1명|ArXiv.org|1997. 10. 02.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 질량이 없는 스칼라 복사에 의해 회전하는 블랙홀의 증발을 조사하며, 키퍼 블랙홀이 초기 스핀 조건과 관계없이 특정 각운동량 a ≈ 0.555M를 갖는 안정된 최종 상태로 진화함을 입증한다. 시스템은 초기 조건에 따라 스핀 다운 또는 스핀 업을 통해 이 값으로 향한다. 이는 스칼라 장 모델에서 허킹 복사의 보편적인 종점임을 시사한다.

ABSTRACT

We report and comment upon the principal results of an investigation into the evolution of rotating black holes emitting massless scalar radiation via the Hawking process. It is demonstrated that a Kerr black hole evaporating by the emission of scalar radiation will evolve towards a state with $a \approx 0.555M$. If the initial specific angular momentum is larger than this value the hole will spin down to this value; if it is less it will spin up to this value. The addition of higher spin fields to the picture strongly suggests the final asymptotic state of a realistic evaporation process will be characterized by an $a/M = 0$.

연구 동기 및 목표

• 허킹 복사 하에서 회전하는 블랙홀의 장기적 진화를 이해하기 위해.
• 키퍼 블랙홀의 스핀이 증발 과정에서 안정된 최종 상태로 진화하는지 확인하기 위해.
• 무질량 스칼라 복사가 스핀 진화가 보편적인 점근적 값으로 향하도록 이끄는 역할를 분석하기 위해.
• 높은 스핀 장의 영향이 블랙홀 증발 최종 상태에 미치는 함의를 평가하기 위해.
• 증발하는 블랙홀의 스핀 진화에서 평형점을 규명하기 위해.

제안 방법

• 일반 상대성 이론과 양자장 이론 프레임워크를 사용하여 질량이 없는 스칼라 복사에 의한 키퍼 블랙홀의 증발을 모델링하기 위해.
• 허킹 복사와 그가 블랙홀 기하학에 미치는 반작용을 기술하기 위해 반고전적 근사를 적용하기 위해.
• 지속적인 스칼라 복사에 의한 블랙홀의 질량과 각운동량의 운동 방정식을 해결하기 위해.
• 증발 과정 중 시간에 따른 특정 각운동량 a/M의 점근적 행동을 분석하기 위해.
• 최종 상태의 안정성에 대한 영향을 평가하기 위해 고차 스핀 장의 기여를 포함하여 결과를 확장하기 위해.
• 수치적 및 해석적 기법을 사용하여 스핀 진화 역학의 固定点을 규명하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허킹 복사에 의해 진화하는 회전 블랙홀은 스핀 진화에서 안정된 최종 상태에 도달하는가?
• RQ2 블랙홀이 완전히 증발할 때 특정 각운동량 a/M는 어느 값에 수렴하는가?
• RQ3 최종 상태는 블랙홀의 초기 스핀에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 높은 스핀 장는 블랙홀 증발의 예측된 최종 상태를 어느 정도 변화시키는가?
• RQ5 증발하는 블랙홀의 스핀 진화에서 보편적인 흡인점이 존재하는가?

주요 결과

• 질량이 없는 스칼라 복사에 의해 증발하는 키퍼 블랙홀은 특정 각운동량 a ≈ 0.555M를 갖는 안정된 최종 상태로 진화한다.
• 초기 a/M 값이 0.555를 초과하면 블랙홀은 이 값으로 스핀 다운되며, 0.555 이하이면 이 값으로 스핀 업된다.
• 값 a ≈ 0.555M는 초기 조건과 무관하게 스핀 진화에서 보편적인 흡인점으로 작용한다.
• 모델에 고차 스핀 장를 포함시키면 이 최종 상태의 안정성이 더욱 강화된다.
• 결과는 실제 블랙홀 증발의 최종 점근적 상태가 a/M = 0일 수 있음을 시사하지만, 스칼라 장 모델은 비영인 평형 상태를 지적한다.
• 시스템은 a ≈ 0.555M에서 각운동량 손실률이 증발 역학과 균형을 이루는 동적 평형을 나타낸다.