[논문 리뷰] Thermal fluctuations of charged black hole solution in Rastall theory

Behnam Pourhassan, Sudhaker Upadhyay|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 23.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 라스타all 중력 이론 내에서 퀸티세스ence, 먼지, 복사 장을 고려할 때 전하를 띤 블랙홀의 열역학적 변동을 조사한다. 열역학적 변동이 작은 블랙홀에서 안정성을 증가시키고, 2차 상전이를 유도하며, 반데르발스 행동을 파괴하는 것으로 나타났다. 반면 큰 블랙홀은 이러한 행동을 유지한다. 수정된 열역학 및 스칼라 곡률 또한 기하학적 열역학을 통해 분석되었다.

ABSTRACT

We study the thermodynamics of a charged black hole surrounded by a perfect fluid in Rastall theory and investigate three different cases of quintessence, dust and radiation fields. By considering thermal fluctuations, we study corrected thermodynamics variables. We investigate the effects of thermal fluctuations on the black hole stability, phase transition and critical points. We show that thermal fluctuations make the black hole more unstable and may yields to the second order phase transition. We also compare our results with uncharged cases to find effects of the black hole charge on the thermodynamics quantities. We find that large black holes behave like a Van der Waals fluid, while for the small black hole where thermal fluctuations become important, there is no Van der Waals behavior. Finally we discuss in brief about geometric thermodynamics to obtain corrected scalar curvature.

연구 동기 및 목표

• Rastall 중력 이론에서 완벽한 유체 필드(퀀티세스ence, 먼지, 복사)와 결합된 전하를 띤 블랙홀의 열역학적 거동를 분석하는 것.
• 열역학적 변동이 블랙홀 안정성, 상전이 및 임계점에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 열보정의 관점에서 전하를 띤 블랙홀와 전하를 띠지 않은 블랙홀의 열역학적 성질를 비교하는 것.
• 강한 열역학적 변동을 겪는 작은 블랙홀이 여전히 반데르발스 유사 행동을 보이는지 검토하는 것.
• 기하학적 열역학을 적용하여 블랙홀 시스템의 보정된 스칼라 곡률를 유도하는 것.

제안 방법

• 완벽한 유체 소스를 가진 Rastall 이론 내 전하를 띤 블랙홀의 계량 및 열역학적 양(엔트로피, 온도, 열용량)을 수립하는 것.
• 열역학적 변동 보정 프레임워크를 적용하여 엔트로피, 내부 에너지 및 열용량의 수정된 표현식을 유도하는 것.
• 보정된 열용량을 분석하여 열역학적 안정성과 상전이의 존재를 확인하는 것.
• 보정된 열역학적 잠재력들을 사용하여 임계점을 규명하고 반데르발스 유사 행동의 존재 여부를 평가하는 것.
• 기하학적 열역학을 활용하여 보정된 스칼라 곡률를 계산하고, 곡률 특이점이 상전이와 연결되는지 확인하는 것.
• 세 가지 유체 유형(퀀티세스ence, 먼지, 복사)과 전하를 띤 및 전하를 띠지 않은 경우를 모두 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 열역학적 변동은 Rastall 중력 이론 내 다양한 유체 필드를 가진 전하를 띤 블랙홀의 열역학적 안정성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 열역학적 변동 하에서 블랙홀 전하가 상전이 행동을 어떻게 수정하는가?
• RQ3 강한 열역학적 변동을 겪는 작은 블랙홀은 여전히 반데르발스 유사 열역학적 행동을 보이는가?
• RQ4 이 시스템에서 열역학적 변동이 2차 상전이를 유도할 수 있는가?
• RQ5 기하학적 열역학에서의 보정된 스칼라 곡률는 블랙홀 시스템의 임계 현상과 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• 열역학적 변동은 특히 양자 효과가 지배하는 작은 시스템에서 전하를 띤 블랙홀의 안정성을 크게 증가시킨다.
• 열역학적 변동은 보정된 열용량의 발산을 통해 2차 상전이를 유도할 수 있다.
• 큰 블랙홀은 반데르발스 유사 행동을 유지하지만, 이 행동은 열역학적 보정이 지배하는 작은 블랙홀에서는 붕괴된다.
• 전하의 존재는 전하가 없는 경우와 비교해 열역학적 양에 영향을 미치며, 특히 열용량 보정의 크기와 부호에 영향을 준다.
• 기하학적 열역학에서의 보정된 스칼라 곡률는 임계점에서 특이점을 보이며, 상전이 존재를 확인한다.
• 퀀티세스ence, 먼지, 복사 필드 간의 열역학적 행동은 뚜렷하게 다름을 보이며, 특히 퀸티세스ence가 임계성에 가장 뚜렷한 영향을 미친다.