[论文解读] Horizon instability of extremal black holes to charged perturbations

Peter Zimmerman|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2016

Black Holes and Theoretical Physics被引用 3

一句话总结

本文研究了带电标量扰动下极端Reissner-Nordström黑洞的稳定性，展示了近视界区域存在一种瞬态不稳定性，该不稳定性在极端极限下演化为Aretakis不稳定性。不稳定性增长率与极端Kerr黑洞非轴对称扰动中观测到的速率一致，揭示了这两种现象背后的共同近视界对称性。

ABSTRACT

We investigate the stability of highly charged Reissner-Nordstr\om black holes to charged scalar perturbations. We show that the near-horizon region exhibits a transient instability which becomes the Aretakis instability in the extremal limit. The rates we obtain match the enhanced rates for nonaxisymmetric perturbations of the near-extremal and extremal Kerr solutions. The agreement is shown to arise from a shared near-horizon symmetry of the two scenarios.

研究动机与目标

• 分析高度带电Reissner-Nordström黑洞在带电标量扰动下的稳定性。
• 识别极端黑洞近视界区域中不稳定性的存在及其性质。
• 建立极端Reissner-Nordström黑洞与极端Kerr黑洞不稳定性增长率之间的联系。
• 探讨近视界对称性在统一不同黑洞类型不稳定性行为中的作用。

提出的方法

• 分析高度带电Reissner-Nordström黑洞背景下的带电标量场扰动。
• 研究近视界几何结构以识别瞬态不稳定性增长率。
• 将不稳定性增长率与近极端及极端Kerr黑洞中非轴对称扰动的速率进行比较。
• 识别出在Reissner-Nordström与Kerr情形中均导致不稳定性增长率匹配的共享近视界对称性结构。
• 利用有效场论和基于对称性的论证，将不同黑洞解中的不稳定性机制联系起来。
• 推导在极端极限下扰动的渐近行为及其增长率。

实验结果

研究问题

• RQ1 极端Reissner-Nordström黑洞的近视界区域在带电标量扰动下是否表现出不稳定性？
• RQ2 极端Reissner-Nordström黑洞中的不稳定性增长率与极端Kerr黑洞中的相比如何？
• RQ3 近视界对称性在统一极端黑洞解中不稳定性行为方面起什么作用？
• RQ4 极端Reissner-Nordström黑洞中的Aretakis不稳定性能否被理解为更一般瞬态不稳定性的一个极限情况？
• RQ5 何种几何或代数结构可解释Reissner-Nordström黑洞与Kerr黑洞之间不稳定性增长率的定量一致性？

主要发现

• 在高度带电Reissner-Nordström黑洞的近视界区域，带电标量扰动下会发展出瞬态不稳定性。
• 在极端极限下，该瞬态不稳定性演化为Aretakis不稳定性，证实了其在极端带电黑洞中的存在。
• 极端Reissner-Nordström黑洞中不稳定性增长率与极端Kerr黑洞中非轴对称扰动的速率一致。
• 不稳定性增长率的一致性源于极端Reissner-Nordström与极端Kerr解中共有的近视界对称性结构。
• 结果表明，极端黑洞的不稳定性机制具有更深层次的普遍性，其背后受对称性原理支配。
• 研究结果将视界不稳定性的研究范围从Kerr情形扩展至带电极端黑洞，显示出其广泛的相关性。