[论文解读] Hairy black holes in the XX-th and XXI-st centuries

М. С. Волков|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2016

Black Holes and Theoretical Physics被引用 13

一句话总结

本文回顾了过去25年来在3+1时空维度中发现的渐近平坦、静态的带毛黑洞，重点研究了非阿贝尔规范场（杨-米尔斯、Skyrme）、标量场（包括鬼场和伽利略子类型）以及大质量引力子的性质。主要贡献在于表明，尽管在许多场论模型中无毛猜想不成立，但天体物理上相关的黑洞仍与该猜想一致，原因在于其稳定性和宏观尺寸的限制。

ABSTRACT

This is a brief summary of the most important hairy black hole solutions in 3+1 spacetime dimensions discovered over the last 25 years. These were first of all the Einstein-Yang-Mills black holes and their various generalizations including the Higgs field, the dilaton and the curvature corrections, and also the Skyrme black holes. More recently, these were black holes supporting a scalar field violating the energy conditions or non-minimally coupled to gravity, and also spinning black holes with massive complex scalar hair. Finally, these were black holes with massive graviton hair.

研究动机与目标

• 总结过去25年中在3+1时空维度中发现的各类静态、渐近平坦带毛黑洞解的主要类别。
• 在包含暗能量的现代宇宙学模型背景下，评估无毛猜想的有效性。
• 评估带毛黑洞（尤其是标量场或大质量引力子毛发）的稳定性和天体物理相关性。
• 确定带毛黑洞在何种条件下可保持稳定且宏观尺寸，从而在实践中与无毛猜想保持一致。

提出的方法

• 系统回顾3+1时空维度中耦合爱因斯坦-杨-米尔斯、爱因斯坦-Higgs、爱因斯坦-Skyrme及爱因斯坦-标量场方程的解。
• 利用霍恩德斯基理论和伽利略子理论作为框架，分析违反能量条件的非最小耦合或鬼场标量场的解。
• 通过线性化微扰理论研究无ghost大质量引力理论中双度规的黑洞稳定性。
• 将格雷戈里-拉弗拉姆不稳定性机制应用于大质量引力子模式在双度规模型中的情况。
• 运用数值与解析技术在渐近平坦和AdS背景中构造解。
• 将带毛黑洞解与Kerr-Newman及Schwarzschild解进行比较，以评估毛发的保留与稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在3+1时空维度中，除标准Kerr-Newman族外，还存在哪些类型的带毛黑洞解？
• RQ2 在何种条件下，标量场或非阿贝尔规范场可导致稳定且宏观的黑洞，从而违反无毛猜想？
• RQ3 双度规理论中的大质量引力子模式如何影响黑洞结构与稳定性？
• RQ4 为何许多带毛黑洞解仍不稳定或尺寸微小？在何种条件下可形成宏观尺寸且稳定的带毛黑洞？
• RQ5 尽管场论模型中存在反例，无毛猜想在天体物理相关黑洞中仍在多大程度上成立？

主要发现

• 爱因斯坦-杨-米尔斯与Skyrme黑洞是无毛猜想的首批主要反例，发现于20世纪末。
• 违反能量条件的标量场解（如鬼场）或与引力非最小耦合的标量场（如霍恩德斯基理论）可支持带毛黑洞，但其中许多解不稳定。
• 最近发现了具有大质量复标量毛发的旋转黑洞，挑战了仅存在Kerr-Newman解的假设。
• 在无ghost大质量引力理论中，黑洞几乎与Kerr-Newman解一致，毛发被限制在视界附近狭窄区域，因大质量引力子模式的吸积过程缓慢。
• 双度规模型中的小黑洞因格雷戈里-拉弗拉姆型不稳定性而变得不稳定，不稳定性增长时间尺度约为哈勃时间量级。
• 尽管存在大量理论反例，所有已知天体物理相关的黑洞——即大尺寸、稳定且宏观的黑洞——在实践中仍表现出对无毛猜想的遵守。