[论文解读] Effect of dark energy on the microstructures of black holes in AdS spacetimes

Aditya Singh, Aritra Ghosh+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2020

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 86被引用 7

一句话总结

本文研究了暗能量标量场（quintessence）如何影响反 de Sitter (AdS) 时空中黑洞的微观相互作用。通过分析 Ruppeiner 曲率 R，结果表明 quintessence 引入了长程排斥相互作用，尤其在大质量 Schwarzschild-AdS 和带电 AdS 黑洞中表现明显，导致 R 出现多次符号变化，微结构动力学从纯粹吸引转变为混合或主导排斥状态，同时提出一种平均场势能模型，可捕捉 R=0 处的相变点。

ABSTRACT

It is known from the sign of Ruppeiner curvature $R$, that the dominant interactions among microstructures of charged black holes in AdS are attractive in nature ($R 0$) are present as well, with the cross over from the former to the latter happening at a crossing point where $R=0$; whereas, in the absence of electric charge $q$, the microstructures of Schwarzschild-AdS black holes are purely of the attractive type. In this paper, we show that the introduction of a quintessence background parameterized by $\alpha$ significantly alters the interactions of black hole microstructures, giving new repulsive regions. With the inclusion of a quintessence field, in the Schwarzschild-AdS case: small black holes continue to have attractive interactions, whereas, large black holes above a certain size are completely dominated by repulsive interactions. In the case of charged AdS black holes with quintessence, $R$ can change sign at multiple points indicating a non-trivial microscopic structure. In particular, above a threshold value of $\alpha$, the microstructures do not contain any dominant attractive interactions, suggesting that the repulsive interactions due to quintessence are long ranged as opposed to the previously known short ranged repulsion in charged AdS black holes. A mean field interaction potential is proposed whose extrema effectively capture the points where $R=0$, indicating a change in the domination of the type of interaction among black hole microstructures.

研究动机与目标

• 理解以 quintessence 场为模型的暗能量如何改变 AdS 时空内黑洞微观相互作用的本质。
• 研究 quintessence 是否在 AdS 中的带电与不带电黑洞微结构相互作用中引入新的排斥区域。
• 确定 quintessence 引起的排斥效应是否为长程作用，相较于带电 AdS 黑洞中观察到的短程排斥。
• 提出一种平均场相互作用势能，以捕捉吸引与排斥主导之间相互作用转变的临界点，该点由 R=0 标识。

提出的方法

• 将 Ruppeiner 曲率 R 作为黑洞系统中微观相互作用的热力学几何度量进行分析。
• 将 quintessence 场以参数 α 参数化，并引入 Schwarzschild-AdS 和带电 AdS 黑洞的度规中，以研究其对 R 的影响。
• 通过数值与解析方法评估不同黑洞尺寸与 α 值下的 R，检测符号变化以识别相互作用类型转变的迹象。
• 提出一种平均场相互作用势能，其极值点与 R=0 处对齐，标志主导相互作用类型的转变。
• 比较存在与不存在 quintessence 情况下的相互作用行为，特别关注从吸引主导到排斥主导的转变。

实验结果

研究问题

• RQ1 引入 quintessence 场后，如何改变 Schwarzschild-AdS 黑洞中微观相互作用的本质？
• RQ2 在带电 AdS 黑洞中引入 quintessence 后，Ruppeiner 曲率 R 是否会出现多次符号变化，表明复杂的微结构动力学？
• RQ3 quintessence 是否在黑洞微结构中诱导出长程排斥相互作用，而非带电 AdS 黑洞中观察到的短程排斥？
• RQ4 所提出的平均场势能的极值点与 R=0 处的对应程度如何，该点标志相互作用主导类型的转变？

主要发现

• 在无电荷情况下，Schwarzschild-AdS 黑洞表现出纯粹吸引的微结构相互作用，由负的 R 表明。
• 引入 quintessence 场后，超过临界尺寸的大黑洞表现出排斥相互作用的完全主导，由正的 R 表明。
• 对于带电 AdS 黑洞，引入 quintessence 后，Ruppeiner 曲率 R 在多个点发生符号变化，揭示了相互作用主导性中的非平凡振荡模式。
• 当 quintessence 参数 α 超过某一阈值后，不再存在吸引主导区域，表明 quintessence 引起的排斥为长程作用。
• 所提出的平均场相互作用势能有效捕捉了 R=0 的位置，该点标志着吸引与排斥主导相互作用之间的转变。