[論文レビュー] There's Nothing "Black" about a Black Hole

Cenalo Vaz|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、量子重力理論のもとで、ほこりの重力収縮が特異点を形成するのではなく、見かけの事象の地平線に凝縮され、中心に負の点質量を持つ準静的 compact 物体を形成すると提案する。得られる静的解は、接線方向の圧力がなく、シュバルツシルト半径の外側に境界を持つが、中性子星に類似している。特異点を回避することで、AMPS ファイアーウォールパラドックスがエネルギー抽出プロセスによって解決される。

ABSTRACT

Quantum gravity suggests that the paradox recently put forward by Almheiri et. al. (AMPS) can be resolved if matter does not undergo continuous collapse to a singularity but condenses on the apparent horizon. One can then expect a quasi-static object to form even after the gravitational field has overcome any degeneracy pressure of the matter fields. We consider dust collapse. If the collapse terminates on the apparent horizon, the Misner-Sharp mass function of the dust ball is predicted and we construct static solutions with no tangential pressure that would represent such a compact object. The collapse wave functions indicate that there will be processes by which energy extraction from the center occurs. These leave behind a negative point mass at the center which contributes to the total energy of the system but has no effect on the the energy density of the dust ball. The solutions describe a compact object whose boundary lies outside its Schwarzschild radius and which is hardly distinguishable from a neutron star.

研究の動機と目的

• 量子重力の知見を用いて、ブラックホール物理学における AMPS ファイアーウォールパラドックスを解消すること。
• 物質の収縮が特異点に至るのではなく、見かけの事象の地平線で停止するかどうかを検討すること。
• 接線方向の圧力がゼロであるほこりの球体の静的かつ球対称な解を構築し、シュバルツシルト半径の外側に位置する compact 物体を表すこと。
• 収縮の波動関数が中心からのエネルギー抽出を可能にするプロセスを分析すること。
• 中心に存在する負の点質量が全エネルギーに与える寄与を特定し、ほこりのエネルギー密度にほとんど影響しないことを見ること。
• このような構成が観測的に中性子星と区別できない程度に似ているかどうかを検討すること。

提案手法

• 量子重力の仮定の下で、収縮が特異点に至るのではなく見かけの事象の地平線で停止すると仮定し、ほこりの収縮をモデル化する。
• 準静的極限におけるほこりの球体の質量プロファイルを導出するために、Misner-Sharp の質量関数を用いる。
• 接線方向の圧力がゼロであるほこりの球体の静的解を構築し、境界がシュバルツシルト半径の外側にあることに整合するようにする。
• 収縮の波動関数を分析し、物体の中心からのエネルギー抽出を可能にするプロセスを同定する。
• 中心に存在する負の点質量が全エネルギーに与える寄与を計算するが、同時にほこりのエネルギー密度にほとんど影響しないことを注記する。
• 構築された compact 物体が中性子星と比較して、構造的および観測的側面でどの程度類似しているかを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子重力は、ほこりの収縮中に時空特異点の形成を防げるか？
• RQ2 収縮が見かけの事象の地平線で停止した場合に形成される静的かつ球対称な物体の性質は何か？
• RQ3 中心からのエネルギー抽出は、系全体の質量エネルギーにどのように影響するか？
• RQ4 中心に存在する負の点質量が、compact 物体の全エネルギー予算において果たす役割は何か？
• RQ5 このような compact 物体が中性子星と観測的に区別できない程度に似ているか、その程度はどの程度か？

主な発見

• 収縮の波動関数は、ほこりの球体の中心からエネルギーが抽出されるプロセスを示しており、その結果、原点に負の点質量が残る。
• 負の点質量は系全体のエネルギーに寄与するが、ほこりの球体のエネルギー密度に影響しない。
• 構築された静的解には接線方向の圧力がなく、境界がシュバルツシルト半径の外側にある compact 物体を記述する。
• 収縮が見かけの事象の地平線で停止すると仮定した場合、ほこりの球体の Misner-Sharp の質量関数は完全に予測可能である。
• 特異点が存在しないにもかかわらず、構造的および観測的に中性子星に類似した物体が得られる。
• ホライズンへの凝縮とエネルギー抽出を通じて、ファイアーウォールの必要性を回避することで、AMPS ファイアーウォールパラドックスが解決される。