[论文解读] Topology and spacetime structure influences on black hole scalarization

Hong Guo, Xiao‐Mei Kuang+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2020

Black Holes and Theoretical Physics被引用 8

一句话总结

本文研究了在不同时空拓扑结构下，爱因斯坦-标量-高斯-博内引力理论中自发标量化的现象，表明标量场的出现最有利于正曲率的反 de Sitter（AdS）黑洞，其次为平坦或 de Sitter 时空，而在负曲率 AdS 黑洞中最为困难。结果表明，曲率拓扑显著影响标量化动力学，正曲率可增强标量场在黑洞附近的束缚。

ABSTRACT

Black hole spontaneous scalarization has been attracting more and more attention as it circumvents the well-known no-hair theorems. In this work, we study the scalarization in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet theory with a probe scalar field in a black hole background with different curvature topologies. We first probe the signal of black hole scalarization with positive curvature in different spacetimes. The scalar field in AdS spacetime could be formed easier than that in flat case, and in dS spacetime it is the most difficult to be bounded. Then, we investigate the scalar field around AdS black holes with negative and zero curvatures. Comparing with negative and zero cases, the scalar field near AdS black hole with positive curvature could be much easier to emerge. And in negative curvature case, the scalar field is the most difficult to be bounded near the horizon.

研究动机与目标

• 探讨时空曲率拓扑如何影响黑洞背景下的自发标量化。
• 比较不同曲率拓扑（正、零、负曲率）下的标量场行为。
• 利用探测标量场分析 AdS、平坦和 de Sitter 时空中的标量化动力学。
• 确定在不同拓扑条件下，标量场在黑洞附近束缚的相对难易程度。

提出的方法

• 在爱因斯坦-标量-高斯-博内引力理论中采用探测标量场近似，研究无反作用效应的标量化。
• 分析具有不同曲率拓扑（正、零、负曲率）的黑洞时空中的标量场解。
• 使用解析与数值方法评估标量场在黑洞视界附近的稳定性和束缚性。
• 比较 AdS、闵可夫斯基（平坦）和 de Sitter（dS）时空中标量场的行为，以评估曲率效应。
• 通过有效势和场分布评估标量场局域化的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与平坦或 de Sitter 时空相比，AdS 时空中的正曲率如何影响黑洞周围标量场的形成？
• RQ2 在负曲率、零曲率和正曲率拓扑的黑洞中，标量场束缚的相对难易程度如何？
• RQ3 为何在正曲率 AdS 黑洞中比在平坦或 dS 时空更容易实现标量化？
• RQ4 时空曲率拓扑如何影响标量场在黑洞视界附近的稳定性和局域化？
• RQ5 高斯-博内耦合在不同拓扑条件下如何影响标量化的实现？

主要发现

• 在正曲率 AdS 时空中标量场的形成最为有利，其束缚效应显著增强。
• 在平坦时空中标量场的束缚效果不如正曲率 AdS 时空有效。
• 在 de Sitter 时空中标量化最为困难，这是由于正宇宙学常数带来的排斥效应。
• 在 AdS 黑洞中，标量场在正曲率情况下最易被束缚，零曲率情况下次之，负曲率情况下最难。
• 负曲率 AdS 黑洞对标量场局域化构成最大挑战，表明标量化受到强烈的拓扑抑制。