[论文解读] Does The Principle Of Equivalence Prevent Trapped Surfaces From Being Formed In The General Relativistic Collapse Process?

D. Leiter, Stanley L. Robertson|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2001

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本文主张，在广义相对论中，等效原理禁止辐射坍缩流体中捕获面的形成，因为此类形成将导致流体世界线变为类光，从而违反该原理。通过使用内部共动度规和外部Vaidya度规，作者表明g₀₀ > 0始终成立，意味着不会形成真正的事件视界，从而得出结论：银河系黑洞候选体更应被描述为具有可观测磁偶极矩的磁层永恒坍缩物体（MECOs）。

ABSTRACT

It has been recently shown (Mitra,- astro-ph/9910408, astro-ph/0207056) that the timelike spherical collapse of a radiating, physical fluid in General Relativity, as seen by an interior co-moving observer at rest in the physical fluid, does not permit formation of ``trapped surfaces''. This followed from the fact that the formation of a trapped surface in a physical fluid would cause the timelike world lines of the collapsing fluid to become null at the would be trapped surface, thus violating the Principle of Equivalence in General Theory of Relativity. In this paper we generalize and extend this result by studying the problem from the point of view of the exterior Vaidya metric of a collapsing radiating fluid as seen by an exterior stationary observer, and find that the "no trapped surface condition" becomes g00 > 0 consistent with that obtained for the interior co-moving metric. Since we have shown that the Principle of Equivalence prevents trapped surfaces from being formed in collapsing, radiating objects, then true event horizons cannot exist and Galactic Black Hole Candidates (GBHC) must have physically observable intrinsic magnetic dipole moments. Because of this fact it follows (Robertson and Leiter - astro-ph/0102381, astro-ph/0208333) that GBHC can be consistently described, within the framework of General Relativity, in terms of a magneto-spheric eternally collapsing objects (MECO) without true event horizons.

研究动机与目标

• 研究等效原理是否禁止在辐射流体的广义相对论坍缩过程中形成捕获面。
• 将先前在内部共动参考系中的结果扩展至使用Vaidya度规的外部静止观测者视角。
• 证明在不同参考系中均不存在捕获面的一致性。
• 挑战银河系黑洞候选体（GBHCs）中真正事件视界的存在的可能性。
• 支持MECO模型作为广义相对论中黑洞的可行替代方案。

提出的方法

• 分析辐射物理流体的内部共动度规，以评估潜在捕获面附近的世界线行为。
• 应用外部Vaidya度规，从静止观测者视角建模坍缩过程。
• 推导出g₀₀ > 0的条件，作为不存在捕获面的标志，与等效原理一致。
• 比较内部与外部参考系的结果，确认在不存在捕获面方面的一致性。
• 使用Vaidya度规描述具有向外传播类光辐射的球对称辐射坍缩。
• 从度规行为推断：流体世界线不可能变为类光，因此若形成捕获面，将违反等效原理。

实验结果

研究问题

• RQ1 等效原理是否禁止在辐射流体的广义相对论坍缩过程中形成捕获面？
• RQ2 能否在内部共动参考系与外部静止参考系中一致地证明不存在捕获面？
• RQ3 若不存在捕获面，对GBHCs中事件视界存在的影响是什么？
• RQ4 Vaidya度规如何支持在辐射坍缩中捕获面不形成？
• RQ5 MECO能否在广义相对论框架内提供与黑洞一致的替代模型？

主要发现

• 等效原理禁止捕获面的形成，因为这将要求流体世界线变为类光，从而违反物理物质的类时性质。
• 在内部共动度规与外部Vaidya度规中，g₀₀ > 0的条件始终成立，证实不会形成捕获面。
• 由于缺乏捕获面，真正的事件视界在辐射坍缩系统中不可能存在。
• 银河系黑洞候选体必须具有物理上可观测的固有磁偶极矩，这与标准黑洞模型相矛盾。
• MECO模型为广义相对论中的活动星系核提供了一致且无视界的描述。
• 结果支持GBHC并非黑洞，而是具有可测量电磁特性的磁层永恒坍缩物体的观点。