[论文解读] On accretion of dark energy onto black- and worm-holes

J. A. Jiménez Madrid, Prado Martín–Moruno|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 33被引用 4

一句话总结

本文研究了在具有未来奇点的宇宙学模型中，暗能量（尤其是幻影能量）在黑洞和虫洞上的吸积过程。采用Babichev等人提出的方法，表明暗能量吸积可能导致黑洞蒸发或虫洞膨胀，从而避免大撕裂或大冻结等灾难性奇点，提供一种动态机制，可通过黑洞双星演化对暗能量状态方程进行约束。

ABSTRACT

We review some of the possible models that are able to describe the current Universe which point out the future singularities that could appear. We show that the study of the dark energy accretion onto black- and worm-holes phenomena in these models could lead to unexpected consequences, allowing even the avoidance of the considered singularities. We also review the debate about the approach used to study the accretion phenomenon which has appeared in literature to demonstrate the advantages and drawbacks of the different points of view. We finally suggest new lines of research to resolve the shortcomings of the different accretion methods. We then discuss future directions for new possible observations that could help choose the most accurate model.

研究动机与目标

• 分析在具有未来奇点的模型中，暗能量在黑洞和可穿越虫洞上的吸积过程。
• 评估暗能量吸积是否能防止大撕裂或大冻结等灾难性宇宙奇点的发生。
• 评估利用暗能量吸积引起的黑洞质量变化作为探测暗能量状态方程的可行性。
• 识别现有吸积模型中的方法论缺陷，并为未来研究提出改进建议。
• 探索通过超大质量黑洞双星轨道变化检测暗能量效应的观测前景。

提出的方法

• 采用Babichev等人提出的方法，通过测试流体近似建模暗能量在致密天体上的吸积过程。
• 将该方法应用于$ w < -1 $（幻影能量）和$ w > -1 $的宇宙学模型，分析其对黑洞和虫洞演化的影响。
• 使用具有状态方程$ p = w\rho $的完美流体的能量-动量张量来建模暗能量，其中$ w $为关键参数。
• 分析吸积过程中黑洞和虫洞的质量演化，推导出根据$ w $的不同，其尺寸增大或减小的条件。
• 考虑反作用效应及测试流体近似在非静态时空中可能存在的局限性。
• 提出基于暗能量吸积引起黑洞双星轨道半径变化的未来观测检验方法，其对$ 1 + w $具有敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 幻影暗能量在黑洞上的吸积是否会导致其在未来的奇点之前完全蒸发？
• RQ2 虫洞对暗能量的吸积是否会导致‘大远征’现象，从而避免大撕裂或大冻结奇点？
• RQ3 暗能量状态方程参数$ w $如何影响黑洞和虫洞的质量演化？
• RQ4 在黑洞和虫洞附近的强场或动态区域，测试流体近似在多大程度上会失效？
• RQ5 未来对黑洞双星系统的观测是否能检测到由暗能量吸积引起的质量变化，从而为$ w $提供约束？

主要发现

• 幻影暗能量的吸积可导致黑洞质量减少并最终蒸发，从而可能避免大撕裂奇点。
• 在$ w < -1 $的模型中，虫洞吸积可能导致其入口快速膨胀，引发‘大远征’现象，从而避免大撕裂或大冻结奇点。
• 对于$ w > -1 $的情况，黑洞无法在有限时间内增长到足以吞噬整个宇宙的质量，因为所需质量将超过可观测宇宙的质量。
• 吸积过程会在黑洞双星的轨道半径上引起可观测的变化，其中$ 1 + w $的符号决定了双星是更快合并还是被破坏。
• 基于Babichev等人方法的吸积模型为通过黑洞质量演化测试暗能量提供了框架，尽管反作用效应仍是其主要局限。
• 未来对OJ287和0402+379等双星系统的观测可能检测到与标准演化偏离的信号，为$ w \neq -1 $提供间接证据。