[論文レビュー] Thermodynamics Phase Transition of Regular Hayward Black hole Surrounded by Quintessence

Kamiko Kouemeni Jean Rodrigue, Mahamat Saleh+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2018

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、ホログラフィー原理および熱力学の第一法則を用いて、五次元のダークエネルギーであるクインテッセンスに埋め込まれた正則な Haywardブラックホールの熱力学を調査する。Unruh-Verlinde温度、ホーキング温度、比熱を導出する。 Haywardパラメータβとクインテッセンス密度の正規化因子aを増加させると、ホーキング温度が低下し、βが増加するにつれて一次相転移はより高いエントロピーへ、二次相転移はより低いエントロピーへシフトする。クインテッセンスは相転移構造を維持する。

ABSTRACT

In this work, we investigate thermodynamics of regular Hayward black hole surrounded by quintessence. Using the metric of the black hole surrounded by quintessence and the new approach of the holographic principle, we derive the expression of Unruh Verlinde temperature. Hawking temperature and specific heat were derived using the first law of black holes thermodynamics. The plots of the behaviors of these two last quantities show that, the parameter of regular Hayward black hole $\beta$ induces a decreasing of Hawking temperature of the black hole, and that decrease is accentuated when increasing the magnitude of $\beta$ and the normalization factor related to the density of quintessence $(a)$. For the lower entropies (small black holes), the black hole passes from the unstable to the stable phase by a first order thermodynamics phase transition. When increasing the entropy (large black holes), a second phase transition occurs. This new phase transition is a second-order thermodynamics phase transition and brings the black hole to unstable state. It results that, When increasing of magnitude of $\beta$, the phase transition points are shifted to the higher entropies. Moreover, the phenomena of phase transitions are preserved by adding the quintessence. Furthermore, when increasing the normalization factor of quintessence, the first order transition point is shifted to higher entropies while the discontinuity point (second-order thermodynamics phase transition point) is shifted to lower entropies.

研究の動機と目的

• クインテッセンスダークエネルギーが存在する状況下における正則なHaywardブラックホールの熱力学的挙動を分析すること。
• Haywardパラメータβおよびクインテッセンス正規化因子aがホーキング温度および比熱に与える影響を特定すること。
• この系における熱力学的相転移の存在および性質を調査すること。
• クインテッセンスが相転移点および安定性に与える影響を探索すること。
• ホログラフィー原理および熱力学の第一法則を用いて、主要な熱力学的量を導出すること。

提案手法

• クインテッセンスを伴うHaywardブラックホール計量にホログラフィー原理を適用し、Unruh-Verlinde温度を導出する。
• ブラックホール熱力学の第一法則を適用して、ホーキング温度および比熱を計算する。
• Haywardブラックホールがクインテッセンスで囲まれた計量を幾何的フレームワークとして用いる。
• エントロピー依存性を用いて温度および比熱を分析し、相転移点を特定する。
• ホーキング温度および比熱のエントロピー依存性をプロットし、一次および二次相転移を検出する。
• βおよびクインテッセンス正規化因子aを体系的に変化させ、それらが相転移点および安定性に与える影響を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Haywardパラメータβは、クインテッセンス中におけるブラックホールのホーキング温度にどのように影響するか？
• RQ2 クインテッセンス正規化因子aは、ブラックホールの熱力学的安定性にどのような効果を及ぼすか？
• RQ3 クインテッセンスの存在が、熱力学的相転移の性質または存在に影響を与えるか？
• RQ4 βおよびaが増加するにつれて、一次および二次相転移点はどのようにシフトするか？
• RQ5 エントロピーは、異なる相においてブラックホールの安定性を決定づける役割を果たすか？

主な発見

• Haywardパラメータβを増加させると、ホーキング温度が低下し、βが大きくなるほどその低下が顕著になる。
• クインテッセンス密度の正規化因子aもホーキング温度を低下させるが、aの値が大きいほどその効果が顕著になる。
• 小さなブラックホール（低エントロピー）では、一次相転移が発生し、不安定な状態から安定な状態に移行する。
• 大きなブラックホール（高エントロピー）では、二次相転移が発生し、ブラックホールが不安定状態に移行する。
• βが増加するにつれて、一次相転移点はより高いエントロピーへシフトするが、二次相転移点はより低いエントロピーへシフトする。
• クインテッセンスの導入により、全体的な相転移構造は維持されるが、aが増加するにつれて一次相転移点はより高いエントロピーへ、二次相転移点はより低いエントロピーへシフトする。