[论文解读] Perfect fluid around black holes and naked singularities

Eugeny Babichev, С. В. Чернов+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2008

Cosmology and Gravitation Theories被引用 2

一句话总结

本文研究了完美流体在带电的Reissner-Nordström黑洞和裸奇点上的稳态吸积，采用线性和Chaplygin状态方程的解析解。结果表明，虽然黑洞上可能发生吸积，但在裸奇点上不会发生稳态吸积——取而代之的是形成静态流体大气层——这引发了对phantom流体情形下黑洞热力学第三定律的疑问。

ABSTRACT

We describe spherically symmetric steady-state accretion of perfect fluid in the Reissner-Nordstrom metric. We present analytic solutions for accretion of a fluid with the linear equations of state and of the Chaplygin gas. It is also shown that, under reasonable physical conditions, there is no steady-state accretion of a perfect fluid onto a Reissner-Nordstrom naked singularity. Instead, a static atmosphere of fluid is formed. We discuss a possibility of violation of the third law of black hole thermodynamics for a phantom fluid accretion.

研究动机与目标

• 研究Reissner-Nordström时空中完美流体的稳态吸积。
• 确定在物理条件下，Reissner-Nordström裸奇点上是否可能发生吸积。
• 探讨phantom流体吸积情况下的热力学影响，特别是第三定律。
• 推导具有线性和Chaplygin状态方程的流体的解析解。

提出的方法

• 在球对称条件下求解相对论欧拉方程和连续性方程，以研究稳态吸积。
• 应用Reissner-Nordström度规来模拟带电致密天体周围的时空几何。
• 使用线性和Chaplygin状态方程来描述流体的压力-密度关系。
• 分析流体在事件视界和柯西视界附近的流动行为。
• 评估临界点的存在性及跨音速解，以判断吸积的可行性。
• 评估在phantom流体条件下热力学的一致性，特别是第三定律。

实验结果

研究问题

• RQ1 在合理的物理条件下，完美流体能否在Reissner-Nordström裸奇点上发生稳态吸积？
• RQ2 在该时空中，具有线性和Chaplygin状态方程的流体吸积存在哪些解析解？
• RQ3 在裸奇点周围形成的静态流体大气层是否违反物理或热力学原理？
• RQ4 phantom流体吸积如何影响黑洞热力学的第三定律？

主要发现

• 在合理的物理条件下，完美流体无法在Reissner-Nordström裸奇点上发生稳态吸积。
• 取而代之的是，在裸奇点周围形成了静态流体大气层。
• 推导出了线性和Chaplygin状态方程下流体吸积的解析解。
• 在裸奇点上不存在吸积，表明其流体动力学行为与黑洞情形存在根本性差异。
• phantom流体吸积可能导致黑洞热力学第三定律的违反，提示可能存在热力学不稳定性。