[论文解读] Can black holes be a source of dark energy?

S L Parnovsky|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用 10

一句话总结

本文认为，即使采用提议的黑洞质量的宇宙学耦合，黑洞也不能充当暗能量，因为它们并不提供所需的负压，甚至 gravastar 情景也需要难以置信的条件来驱动加速。

ABSTRACT

The hypothesis that the mass of black holes increases with time according to the same law as the volume of the part of the Universe containing it and therefore the population of BHs is similar to dark energy in its action was recently proposed. We demonstrate the reasons why it cannot be accepted, even if all the assumptions on which this hypothesis is based are considered true.

研究动机与目标

• 评估“黑洞质量增长与宇宙膨胀耦合可作为暗能量”的主张。
• 测试 M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k 关系是否会产生负压分量。
• 检查黑洞作为暗能量类似物的能量条件和状态方程。
• 讨论 gravastar 情景作为反重力的替代来源及其可行性。

提出的方法

• 采用 M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k 框架，k 取值约为 3，如前人工作。
• 在假设黑洞以负压贡献于能量密度的前提下，分析对弗里德曼方程的含义。
• 评估加速需要的 ρ + 3P < 0 的条件以及黑洞是否满足。
• 考虑 interior De Sitter 式真空的 gravastar 模型作为潜在的反重力来源。
• 将黑洞质量增长情景与黑洞及宿主恒星质量的宇宙观测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙学耦合的黑洞是否能提供实现宇宙加速所需的负压？
• RQ2 在标准能量条件下，假设的 BH 质量增长法则 M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k 是否能成为可行的暗能量类似物？
• RQ3 gravastar 模型是否提供足够的物理上可行的反重力分量来驱动加速？
• RQ4 具有红shift 的观测 BH 质量趋势是否与提出的增长法则及暗能量要求一致？

主要发现

• 在提出的法则下，BH 的质量增长不能产生实现暗能量所需的负压。
• 即使 k 约为 3，在宇宙学背景下，黑洞也不产生 ρ + 3P < 0 的状态方程。
• BHs 的分布不足以作为全局的负压分量。
• 标准的暗能量行为（常数密度和 P ≈ −ρ）不能被黑洞在宇宙尺度上复制。
• gravastar 情景可以引入内部的负压，但要实现加速需要一个数量级较大的、不现实的总宇宙质量份额。