黑洞炸弹的解析处理

入射到旋转黑洞上的玻色场在散射过程中会被放大，这种现象称为超辐射散射。此外，如果该场具有非零静止质量，则质量项实际上起到镜子的作用，将散射波反射回黑洞。在这种被称为黑洞炸弹的物理系统中，波可能在黑洞与某个转折点之间来回反弹，每次都会放大自身。因此，有质量场随时间呈指数增长，是不稳定的。先前关于不稳定性时间尺度的解析估计仅限于$M\mu>>1$和$M\mu<<1$的区域，其中$M$和$\mu$分别是黑洞和场的质量。在这两个极限下，场的增长率被发现极其微弱。然而，随后的数值研究表明，不稳定性实际上在$M\mu=O(1)$区域最强，而先前的解析近似在此区域失效。因此，对$M\mu=O(1)$情况下的不稳定性时间尺度进行新的解析研究具有充分的物理动机。在本快报中，我们首次解析研究了这一物理上有趣的区域——即不稳定性最强的区域——中的超辐射不稳定性现象（黑洞炸弹机制）。我们发现最快增长模式的不稳定性增长率为$\tau^{-1}=\omega_I=1.7\times 10^{-3}M^{-1}$。这一不稳定性比先前估计的强四个数量级。