[论文解读] Counterexamples to strong cosmic censorship in asymptotically flat black hole spacetimes

Kyriakos Destounis, R. D. B. Fontana+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文通过分析加速、带电黑洞上的线性标量场微扰，首次提供了反例的稳健数值证据，证明强宇宙审查猜想在渐近平坦黑洞时空中不成立。研究显示，在特定条件下，特别是接近极端情况时，柯西视界可保持稳定，并指出准正规模是实现稳定性的关键，这挑战了长期以来认为柯西视界之外总会形成质量膨胀奇点的信念。

ABSTRACT

The extendibility of spacetime and the existence of weak solutions to the Einstein field equations beyond Cauchy horizons, is a crucial ingredient to examine the limits of General Relativity. The strong cosmic censorship conjecture serves as a firewall for gravitation by demanding inextendibility of spacetime beyond the Cauchy horizon. For asymptotically flat spacetimes, the predominance of the blueshift instability and the subsequent formation of a mass-inflation singularity at the Cauchy horizon have, so far, substantiated the conjecture. Here, nevertheless, by considering linear scalar field perturbations on accelerating black holes, we provide, for the first time, robust numerical evidence of counterexamples to strong cosmic censorship in asymptotically flat black hole spacetimes. In particular, we show that the stability of Cauchy horizons in accelerating charged black holes is connected to quasinormal modes, we discuss the regularity requirement for which weak solutions to the field equations can exist at the Cauchy horizon and show that the conjecture may be violated near extremality.

研究动机与目标

• 研究强宇宙审查猜想在渐近平坦黑洞时空中的有效性。
• 检验柯西视界之外时空可延拓性的稳定性。
• 确定在特定条件下，爱因斯坦场方程的弱解是否可在柯西视界处存在。
• 探讨准正规模在加速、带电黑洞柯西视界稳定性中的作用。
• 评估强宇宙审查猜想可能被违反的条件，特别是接近极端极限时。

提出的方法

• 对加速黑洞时空中的线性标量场微扰进行数值模拟。
• 分析柯西视界附近度规和曲率不变量的行为。
• 研究准正规模结构，以评估柯西视界的稳定性。
• 评估爱因斯坦场方程在柯西视界处弱解存在的正则性条件。
• 比较微扰增长速率与蓝移不稳定性在极端极限下的关系。
• 使用数值相对论技术探测柯西视界之外时空的可延拓性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在加速、带电黑洞中，柯西视界在受到线性标量场微扰时是否可保持稳定？
• RQ2 准正规模在这些时空的柯西视界稳定性中起到多大影响？
• RQ3 在何种条件下，爱因斯坦场方程的弱解可在柯西视界处存在？
• RQ4 强宇宙审查猜想是否在加速黑洞的极端极限附近被违反？
• RQ5 蓝移不稳定性如何影响这些构型中质量膨胀奇点的形成？

主要发现

• 稳健的数值证据表明，加速、带电黑洞中的柯西视界在受到线性标量场微扰时可保持稳定。
• 柯西视界的稳定性强烈依赖于系统中准正规模的结构。
• 当满足正则性条件时，爱因斯坦场方程的弱解可在柯西视界处存在。
• 强宇宙审查猜想可能在加速黑洞的极端极限附近被违反。
• 这些构型中缺乏质量膨胀奇点，挑战了柯西视界之外时空不可延拓的普遍观点。
• 结果表明，蓝移效应与准正规模动力学之间的相互作用决定了柯西视界是否保持正则，或是否坍缩为奇点。