[论文解读] Gravitational Collapse in Horndeski Theory

G. Koutsoumbas, Konstantinos Ntrekis+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 37被引用 5

一句话总结

本文研究了在霍尔内斯基理论中，与曲率及爱因斯坦张量均耦合的均匀时间依赖标量场的引力坍缩。结果表明，增加导数耦合可延迟坍缩，导致视界形成，并最终形成黑洞，同时满足弱能量条件——展示了规范对称性如何影响奇点保护。

ABSTRACT

We study the gravitational collapse of a homogeneous time-dependent scalar field which, besides its coupling to curvature, it is also coupled kinematically to the Einstein tensor. This coupling is part of the Horndeski theory and we investigate the effect of the shift symmetry on the collapsing process. We find that, as the value of the derivative coupling is increasing, the time required for the scalar field to collapse is also increasing, the singularity is protected by a horizon and a black hole is formed while the weak energy condition is satisfied during the collapsing process.

研究动机与目标

• 分析霍尔内斯基理论中与爱因斯坦张量具有运动学耦合的均匀时间依赖标量场的引力坍缩。
• 研究规范对称性在改变引力坍缩动力学中的作用。
• 确定坍缩是否导致黑洞形成，以及该过程中能量条件是否得以保持。
• 评估导数耦合强度对坍缩时标和最终结果的影响。

提出的方法

• 将标量场建模为与引力最小耦合的均匀时间依赖场，但增加与爱因斯坦张量的运动学耦合。
• 采用霍尔内斯基理论的完整框架，包含高阶导数相互作用，同时保持规范对称性。
• 推导有效能动张量并分析能量条件，特别是弱能量条件。
• 通过数值或解析方法求解场方程，以追踪坍缩过程中标量场和度规的演化。
• 使用视界视界准则确定黑洞形成与奇点保护。
• 改变导数耦合参数，研究其对坍缩时标和视界形成的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 霍尔内斯基理论中的导数耦合如何影响标量场坍缩的时标？
• RQ2 坍缩是否导致视界形成，表明黑洞形成？
• RQ3 在此设置中，坍缩过程中是否始终满足弱能量条件？
• RQ4 规范对称性如何影响坍缩标量场的动力学与最终状态？
• RQ5 与爱因斯坦张量的运动学耦合在保护奇点不被观测到中起什么作用？

主要发现

• 增加导数耦合参数可延长标量场坍缩的时间尺度。
• 坍缩过程导致视界形成，表明黑洞形成。
• 弱能量条件在整个坍缩过程中均被保持。
• 奇点被事件视界屏蔽，表明形成了物理上可行的黑洞结果。
• 霍尔内斯基框架中的规范对称性在稳定坍缩动力学及促进视界形成方面起着关键作用。