[论文解读] Gravitational dust collapse with cosmological constant

Mahdy Cissoko, J. C. Fabris+3 more|ArXiv.org|Sep 17, 1998

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用 11

一句话总结

本文利用爱因斯坦方程的球对称解，研究了在宇宙学常数存在下尘埃的引力坍缩。推导了静态与动态时空之间的匹配条件，识别出两个具有物理意义的视界——黑洞视界与宇宙学视界，并表明宇宙学常数减缓了坍缩过程并限制了黑洞的大小。

ABSTRACT

We study the fate of gravitational collapse in presence of a cosmological constant. The junctions conditions between static and non-static space-times are deduced. Three apparent horizon are formed, but only two have physical significance, one of them being the black hole horizon and the other the cosmological horizon. The cosmological constant term slows down the collapse of matter, limiting also the size of the black hole.

研究动机与目标

• 分析在正宇宙学常数存在下，无压尘埃（尘埃坍缩）的引力坍缩。
• 在球对称解的背景下，推导静态与非静态时空之间的匹配条件。
• 确定坍缩过程中形成的多个可观测视界之物理意义。
• 研究宇宙学常数对坍缩动力学及最终状态的影响。
• 阐明黑洞视界与宇宙学视界在坍缩过程中的作用。

提出的方法

• 使用带有正宇宙学常数的爱因斯坦方程的球对称解。
• 在类时超曲面上应用匹配条件，以连接内部静态时空与外部非静态时空。
• 通过零测地线的膨胀率分析可观测视界的几何结构。
• 识别出三个可观测视界，但仅区分出两个具有物理意义的视界：黑洞视界与宇宙学视界。
• 求解尘埃粒子的径向测地线方程，以描述坍缩动力学。
• 评估宇宙学常数在改变坍缩 timescale 和最终黑洞大小方面的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙学常数的存在如何影响尘埃坍缩的动力学？
• RQ2 在此坍缩情形下，静态与非静态时空之间的匹配条件是什么？
• RQ3 坍缩过程中形成的三个可观测视界中，哪些具有物理意义？
• RQ4 宇宙学常数是否会限制坍缩形成的最终黑洞大小？
• RQ5 该模型中黑洞视界与宇宙学视界之间存在何种关系？

主要发现

• 坍缩过程中形成三个可观测视界，但仅有两个具有物理意义：黑洞视界与宇宙学视界。
• 宇宙学常数减缓了尘埃的引力坍缩，延迟了黑洞的形成。
• 宇宙学常数限制了最终形成的黑洞的最大尺寸，防止其无限制增长。
• 推导并应用了静态与非静态时空之间的匹配条件，以连接内部与外部解。
• 由于宇宙学常数的排斥效应，宇宙学视界作为物理边界出现。
• 该模型证实，黑洞视界在宇宙学视界之前形成，与德西特型时空中的因果结构一致。