[论文解读] Thermodynamics Phase Transition of Regular Hayward Black hole Surrounded by Quintessence

Kamiko Kouemeni Jean Rodrigue, Mahamat Saleh+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2018

Black Holes and Theoretical Physics被引用 3

一句话总结

本研究利用全息原理和热力学第一定律，研究了嵌入到类凝滞暗能量中的常规Hayward黑洞的热力学性质，推导出Unruh-Verlinde温度、霍金温度和比热。结果表明，随着Hayward参数β和类凝滞能量密度归一化参数a的增加，霍金温度降低；当β增大时，一级相变点向更高熵值移动，二级相变点向更低熵值移动，而类凝滞能量则保持相变结构不变。

ABSTRACT

In this work, we investigate thermodynamics of regular Hayward black hole surrounded by quintessence. Using the metric of the black hole surrounded by quintessence and the new approach of the holographic principle, we derive the expression of Unruh Verlinde temperature. Hawking temperature and specific heat were derived using the first law of black holes thermodynamics. The plots of the behaviors of these two last quantities show that, the parameter of regular Hayward black hole $\beta$ induces a decreasing of Hawking temperature of the black hole, and that decrease is accentuated when increasing the magnitude of $\beta$ and the normalization factor related to the density of quintessence $(a)$. For the lower entropies (small black holes), the black hole passes from the unstable to the stable phase by a first order thermodynamics phase transition. When increasing the entropy (large black holes), a second phase transition occurs. This new phase transition is a second-order thermodynamics phase transition and brings the black hole to unstable state. It results that, When increasing of magnitude of $\beta$, the phase transition points are shifted to the higher entropies. Moreover, the phenomena of phase transitions are preserved by adding the quintessence. Furthermore, when increasing the normalization factor of quintessence, the first order transition point is shifted to higher entropies while the discontinuity point (second-order thermodynamics phase transition point) is shifted to lower entropies.

研究动机与目标

• 分析在类凝滞暗能量存在下，常规Hayward黑洞的热力学行为。
• 确定Hayward参数β和类凝滞归一化因子a对霍金温度和比热的影响。
• 研究该系统中热力学相变的存在性与性质。
• 探讨类凝滞能量对相变点与稳定性的影响。
• 应用全息原理和热力学第一定律，推导关键热力学量。

提出的方法

• 利用全息原理应用于带有类凝滞能量的Hayward黑洞度规，推导Unruh-Verlinde温度。
• 应用黑洞热力学第一定律，计算霍金温度和比热。
• 采用被类凝滞能量包围的Hayward黑洞度规作为基础几何框架。
• 分析温度与比热对熵的依赖关系，以识别相变点。
• 绘制霍金温度与比热随熵变化的行为，以检测一级与二级相变。
• 系统性地改变β和类凝滞归一化因子a，研究其对相变点与稳定性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 Hayward参数β如何影响类凝滞中黑洞的霍金温度？
• RQ2 类凝滞归一化因子a对黑洞热力学稳定性有何影响？
• RQ3 类凝滞的存在是否改变热力学相变的性质或存在性？
• RQ4 随着β和a的增加，一级与二级相变点如何移动？
• RQ5 熵在决定不同相态下黑洞稳定性方面起什么作用？

主要发现

• 随着Hayward参数β的增加，霍金温度降低，且降低幅度随β增大而更加显著。
• 类凝滞能量密度的归一化因子a同样降低霍金温度，且在a值较高时影响更强烈。
• 对于小黑洞（低熵），发生一级热力学相变，使黑洞从不稳定状态转变为稳定状态。
• 对于大黑洞（高熵），发生二级相变，使黑洞转变为不稳定状态。
• 随着β增大，一级相变点向更高熵值移动，而二级相变点向更低熵值移动。
• 引入类凝滞能量保持了整体相变结构，但随着a的增加，一级相变点向更高熵值移动，二级相变点向更低熵值移动。