[论文解读] Hawking radiation in the interaction region of the colliding plane gravitational waves with linear polarization

Dongdong Wei, Xinhe Meng|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2019

Black Holes and Theoretical Physics被引用 1

一句话总结

本文研究了具有线性极化的平面引力波碰撞区域中的霍金辐射，利用量子效应来约束费拉里与伊比涅斯解的两个扩展形式。推导了每种扩展形式的条件，并表明当引力波的预期能量较小时，碰撞后可形成史瓦西黑洞。

ABSTRACT

There exist two extensions to the interaction region of the Ferrari and Ibanez solution. However, no one gives the corresponding conditions for each extension. To solve this problem, we have introduced quantum effects to constrain these extensions and given the corresponding conditions. By calculation, the Schwarzschild black hole can form after gravitational waves colliding whose expected energy is small.

研究动机与目标

• 解决费拉里与伊比涅斯解在平面引力波碰撞区域中的两个扩展形式在相互作用区域缺乏显式条件的问题。
• 将量子效应作为约束机制，以确定解的物理有效扩展形式。
• 研究在平面引力波碰撞后形成史瓦西黑洞的条件。
• 确定黑洞形成可能通过此机制实现的能量阈值或参数范围。

提出的方法

• 将量子效应引入具有线性极化的平面引力波碰撞区域的类经典相互作用区域。
• 利用量子约束推导出区分费拉里与伊比涅斯解两种可能扩展的物理条件。
• 在平面引力波背景下对爱因斯坦场方程进行理论分析。
• 评估相互作用区域的能量条件和曲率行为，以评估黑洞形成的可能性。
• 推导出时空几何演化为类似史瓦西黑洞配置的条件。
• 将引力波的预期能量作为决定黑洞形成的关键参数进行分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在相互作用区域中，区分费拉里与伊比涅斯解两个扩展形式的物理条件是什么？
• RQ2 量子效应如何约束这些扩展形式的有效性？
• RQ3 在平面引力波碰撞后，何种条件下可形成史瓦西黑洞？
• RQ4 引力波的预期能量在促成黑洞形成中起什么作用？
• RQ5 是否存在一个临界能量阈值，低于该阈值时此情景下黑洞形成成为可能？

主要发现

• 本文利用量子约束，推导出费拉里与伊比涅斯解两个扩展形式的特定条件。
• 量子效应成功消除了在相互作用区域之外延伸解时的模糊性。
• 当引力波的预期能量较小时，碰撞后可形成史瓦西黑洞。
• 黑洞的形成取决于引力波的能量尺度，低能量是必要条件。
• 分析证实，在所推导的量子约束条件下，相互作用区域支持黑洞形成。
• 结果表明，量子效应在此类引力波碰撞情景中在选择物理上可行的时空扩展形式方面起决定性作用。