リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Photon Surface and Relevant Phenomena」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Photon Surface and Relevant Phenomena

古賀 泰敬 立教大学 DOI:info:doi/10.14992/00020647

2021.05.11

概要

(1)論文の構成
本論文の第一章は、論文全体に対する導入である。第二章では、本論文の主要なテーマである光子面の基礎となる概念として光子球が導入され、その重要な宇宙物理学的応用の一つであるブラックホールの影について解説がなされる。第三章では、光子面とその安定性の定義が与えられる。この第三章の一部と第四章から第八章までが、申請者によるオリジナルな研究成果をまとめたものである。第四章では、アインシュタイン方程式の解となる、対称性の低い時空にも光子面が存在することが具体例によって示される。第五章では、球対称な系における光子流体の降着問題が考察され、音速点-光子球(面)対応(「音速点と光子球(面)が一致する」)が定理として確立される。第六章では、音速点-光子球対応が回転降着流の場合に拡張され、続いて第七章では、双曲対称ならびに平面対称な系に拡張される。第八章では、張力のみを持つ無限に薄い面で接続された時空において、その接続面が光子面であることが示され、その結果がワームホール時空に応用される。第九章で本論文の結論が与えられる。

(2)論文の内容要旨
本論文で、申請者は光子球と光子面の諸性質を調べた。

第三章の後半では、光子球の安定性の概念を光子面の安定性の概念へと拡張した。

第四章では、これまで対称性の高い時空にのみ存在すると考えられていた光子面が、より対称性が低い時空にも存在することを、具体例を提示することで示した。また、その時空が高々電磁場が存在する場合のアインシュタイン方程式の解であることも指摘した。

第五章では、球対称系における流体の降着問題において、これまでシュバルツシルド時空で知られていた「光子流体の音速点が光子球(面)に一致する」という結果が、広く一般の D 次元静的球対称時空で成立することを証明し、その事実を「音速点-光子球(面)対応」として確立させた。

第六章では、第五章の結果を回転する円盤状の降着流の場合に拡張し、時空が球対称であれば回転する降着流の場合にも音速点-光子球対応が成り立つことを示した。

第七章では、第五章の結果を D 次元静的双曲対称・平面対称時空の場合に拡張した。

第八章では、張力のみを持つ無限に薄い面で接続された時空における光子面の位置を調べ、接続面と光子面が一致することを示した。このような無限に薄い面を導入することにより、ワームホール時空を構成できる。すでに知られている光子面の唯一性定理と申請者がここで得た結果を組み合わせることで、このように構成されたワームホール時空の唯一性定理を示すことにも成功した。

参考文献

[1] B. P. Abbott et al. [LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration], Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, Phys. Rev. Lett. 116 (2016) 061102.

[2] K. Akiyama et al., First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole, Astrophys. J. Lett. 875 (2019) L1 [1906.11238].

[3] J.L. Synge, The escape of photons from gravitationally intense stars, Monthly Notices Roy Astron. Soc. 131 (1966) 463.

[4] V. Cardoso, A.S. Miranda, E. Berti, H. Witek and V.T. Zanchin, Geodesic stability, Lyapunov exponents, and quasinormal modes, Phys. Rev. D 79 (2009) 064016 [0812.1806].

[5] S. Hod, Black-hole quasinormal resonances: Wave analysis versus a geometric-optics approximation, Phys. Rev. D 80 (2009) 064004 [0909.0314].

[6] P.V.P. Cunha, E. Berti and C.A.R. Herdeiro, Light ring stability in ultra-compact objects, Phys. Rev. Lett. 119 (2017) 251102 [1708.04211].

[7] V. Cardoso, L.C.B. Crispino, C.F.B. Macedo, H. Okawa and P. Pani, Light rings as observational evidence for event horizons: long-lived modes, ergoregions and nonlinear instabilities of ultracompact objects, Phys. Rev. D 90 (2014) 044069 [1406.5510].

[8] C.-M. Claudel, K. Virbhadra and G. Ellis, The Geometry of photon surfaces, J. Math. Phys. 42 (2001) 818 [gr-qc/0005050].

[9] V. Perlick, On totally umbilic submanifolds of semi-riemannian manifolds, Nonlinear Analysis 63 (2005) e511 [gr-qc/0512066].

[10] G.W. Gibbons and C.M. Warnick, Aspherical Photon and Anti-Photon Surfaces, Phys. Lett. B 763 (2016) 169 [1609.01673].

[11] C. Cederbaum, Uniqueness of photon spheres in static vacuum asymptotically flat spacetimes, Contemp. Math 653 (2015) 86 [1406.5475].

[12] C. Cederbaum and G.J. Galloway, Uniqueness of photon spheres in electro-vacuum spacetimes, Class. Quant. Grav. 33 (2016) 075006 [1508.00355].

[13] M. Rogatko, Uniqueness of photon sphere for Einstein-Maxwell-dilaton black holes with arbitrary coupling constant, Phys. Rev. D 93 (2016) 064003 [1602.03270].

[14] S. Yazadjiev, Uniqueness of the static spacetimes with a photon sphere in Einstein-scalar field theory, Phys. Rev. D 91 (2015) 123013 [1501.06837].

[15] Y. Koga and T. Harada, Stability of null orbits on photon spheres and photon surfaces, Phys. Rev. D 100 (2019) 064040 [1907.07336].

[16] Y. Koga, T. Igata and K. Nakashi, Photon surfaces in less symmetric spacetimes, 2011.10234.

[17] Y. Koga and T. Harada, Correspondence between sonic points of ideal photon gas accretion and photon spheres, Phys. Rev. D 94 (2016) 044053 [1601.07290].

[18] Y. Koga and T. Harada, Rotating accretion flows in D dimensions: sonic points, critical points and photon spheres, Phys. Rev. D 98 (2018) 024018 [1803.06486].

[19] Y. Koga, Photon surfaces in spherically, planar and hyperbolically symmetric spacetimes of D-dimensions: Sonic point/photon sphere correspondence, Phys. Rev. D 99 (2019) 064034 [1901.02592].

[20] Y. Koga, Photon surfaces as pure tension shells: Uniqueness of thin shell wormholes, Phys. Rev. D 101 (2020) 104022 [2003.10859].

[21] R.M. Wald, General Relativity, The University of Chicago Press, Chicago (1984).

[22] J. Keir, Slowly decaying waves on spherically symmetric spacetimes and ultracompact neutron stars, Classical Quantum Gravity 33 (2016) 135009 [1404.7036].

[23] V. Cardoso, L.C.B. Crispino, C.F.B. Macedo, H. Okawa and P. Pani, Light rings as observational evidence for event horizons: long-lived modes, ergoregions and nonlinear instabilities of ultracompact objects, Phys. Rev. D 90 (2014) 044069 [1406.5510].

[24] E. Chaverra and O. Sarbach, Radial accretion flows on static spherically symmetric black holes, Class. Quantum Grav. 32 (2015) 155006 [1501.01641].

[25] E. Poisson, A Relativist’s Toolkit, Cambridge University Press, Cambridge, England (2004).

[26] M. Ban˜ados, C. Teitelboim and J. Zanelli, Black Hole in Three-Dimensional Spacetime, Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 1840 [1009.3749].

[27] H. Kodama and A. Ishibashi, Master equations for perturbations of generalized static black holes with charge in higher dimensions, Prog. Theor. Phys. Suppl. 111 (2004) 29 [0308128].

[28] G.R. Jensen, Homogeneous einstein spaces of dimension four, J. Differ. Geom. 3 (1969) 309.

[29] J. Fine and B. Premoselli, Examples of compact einstein four-manifolds with negative curvature, J. Amer. Math. Soc. 33 (2020) 991 [1802.00608].

[30] D. Alekseevsky, I. Dotti and C. Ferraris, Homogeneous ricci positive 5-manifolds, Pac. J. Math. 175 (1996) 1.

[31] B. Grajales and L. Grama, NON-DIAGONAL INVARIANT EINSTEIN METRICS ON REAL FLAG MANIFOLDS, 1907.02626.

[32] A.L. Besse, Einstein Manifolds (Classics in Mathematics), Springer-Verlag, Berlin (1986).

[33] H. Bondi, On spherically symmetrical accretion, Monthly Notices Roy Astron. Soc. 112 (1952) 195.

[34] F. Michel, Accretion of matter by condensed objects, Astrophysics and Space Science 15 (1972) 153.

[35] P. Mach, E. Malec and J. Karkowski, Dependence on the cosmological constant, exact isothermal solutions, and applications to cosmology, Phys. Rev. D 88 (2013) 084056 [1309.1252].

[36] J. Karkowski and E. Malec, Bondi accretion onto cosmological black holes, Phys. Rev. D 87 (2013) 044007 [1211.3618].

[37] F.S. Guzman and F.D. Lora-Clavijo, Exploring the effects of pressure on the radial accretion of dark matter by a Schwarzschild supermassive black hole, Mon. Not. R. Astron. Soc. 415 (2011) 225 [1103.5497].

[38] B. Carter, G.W. Gibbons, D.N.C. Lin and M.J. Perry, Black Hole Emission Process in the High Energy Limit, Astronomy and Astrophysics 52 (1976) 427.

[39] S. Chandrasekhar, The Mathematical Theory of Black Holes, Oxford University Press, New York (1983).

[40] H. Abraham, N. Bilic and T.K. Das, Acoustic horizons in axially symmetric relativistic accretion, Classical and Quantum Gravity 23 (2006) 2371 [gr-qc/0509057].

[41] T.K. Das, N. Bilic and S. Dasgupta, Black-Hole Accretion Disc as an Analogue Gravity Model, JCAP 0706 (2007) 009 [astro-ph/0604477].

[42] P. Barai, T.K. Das and P.J. Wiita, Dependence of general relativistic accretion on black hole spin, Astrophys. J. 613 (2004) L49.

[43] M.A. Abramowicz, A. Lanza and M.J. Percival, Accretion disks around Kerr black holes: vertical equilibrium revisited, Astrophys. J. 479 (1997) 179.

[44] M. Tsuchiya, C.-M. Yoo, Y. Koga and T. Harada, Sonic Point and Photon Surface, Phys. Rev. D 102 (2020) 044057 [2003.10125].

[45] P. Kanti, B. Kleinhaus and J. Kunz, Wormholes in Dilatonic Einstein-Gauss-Bonnet Theory, Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 271101 [1108.3003].

[46] P. Kanti, B. Kleinhaus and J. Kunz, Stable Lorentzian wormholes in dilatonic Einstein-Gauss-Bonnet theory, Phys. Rev. D 85 (2012) 044007 [1111.4049].

[47] T. Harko, F.S.N. Lobo, M.K. Mak and S.V. Sushkov, Modified-gravity wormholes without exotic matter, Phys. Rev. D 87 (2013) 067504 [1301.6878].

[48] M. Rogatko, Uniqueness of higher-dimensional phantom field wormholes, Phys. Rev. D 97 (2018) 024001 [1801.01987].

[49] S. Yazadjiev, Uniqueness theorem for static wormholes in Einstein-phantom scalar field theory, Phys. Rev. D 96 (2017) 044045 [1707.03654].

[50] M. Rogatko, Uniqueness of higher-dimensional Einstein-Maxwell-phantom dilaton wormholes, Phys. Rev. D 97 (2018) 064023 [1803.08296].

[51] M.S. Morris and K.S. Thorne, Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity, Am. J. Phys. 56 (1988) 395.

[52] D. Hochberg and M. Visser, Null Energy Condition in Dynamic Wormholes, Phys. Rev. Lett. 81 (1998) 746 [gr-qc/9802048].

[53] M. Visser, Traversable wormholes from surgically modified Schwarzschild spacetimes, Nucl.Phys. B328 (1989) 203 [0809.0927].

[54] W. Israel, Singular hypersurfaces and thin shells in general relativity, Nuovo Cimento 44B (1966) 1.

[55] C. Barcelo and M. Visser, Brane surgery: energy conditions, traversable wormholes, and voids, Nucl. Phys. B584 (2000) 415 [0004022].

[56] T. Kokubu and T. Harada, Negative tension branes as stable thin shell wormholes, Class. Quant. Grav. 32 (2015) 205001 [1411.5454].

[57] L. Randall and R. Sundrum, An alternative to Compactification, Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 4690 [hep-th/9906064].

[58] L. Randall and R. Sundrum, Large mass Hierarchy from a Small Extra Dimension, Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 3370 [hep-ph/9905221].

[59] R. Capovilla and J. Guven, GEOMETRY OF DEFORMATIONS OF RELATIVISTIC MEMBRANES, Phys. Rev. D 51 (1995) 6736 [9411060].

[60] W. Kinnersley and M. Walker, Uniformly Accelerating Charged Mass in General Relativity, Phys. Rev. D 2 (1970) 1359.

[61] W. Smith and R. Mann, Formation of Topological Black holes from Gravitational Collapse, Phys. Rev. D 56 (1997) 4942 [gr-qc/9703007].

[62] T. Shiromizu, Y. Tomikawa, K. Izumi and H. Yoshino, Area bound for a surface in a strong gravity region, Prog. Theor. Exp. Phys. 2017 (2017) 033E01 [1701.00564].

[63] H. Yoshino, K. Izumi, T. Shiromizu and Y. Tomikawa, Extension of photon surfaces and their area: Static and stationary spacetimes, Prog. Theor. Exp. Phys. 2017 (2017) 063E01 [1704.04637].

[64] H. Yoshino, K. Izumi, T. Shiromizu and Y. Tomikawa, Transversely trapping surfaces: Dynamical version, Prog. Theor. Exp. Phys. 2020 (2020) 023E02 [1909.08420].

[65] M. Siino, Causal concept for black hole shadows, Class. Quant. Grav. 38 (2020) 025005 [1908.02921].

[66] K.V. Kobialko and D.V. Gal’tsov, Photon regions and umbilic conditions in stationary axisymmetric spacetimes, Eur. Phys. J. C 80 (2020) 527 [2002.04280].

[67] S.W. Hawking and G.F.R. Ellis, The Large Scale Structure of Space-Time, Cambridge University Press, Cambridge, England (1973).

参考文献をもっと見る