轴子不稳定性与新的黑洞解

标量场与矢量场之间的耦合有着悠久而有趣的歷史。轴子是解决强 CP 问题的一个关键可能，而类轴子粒子可能是暗物质谜题的一种解。鉴于耦合的性质以及自由落体的普适性，在引力较强的区域预期会出现非平凡的重要效应。在此，我们表明：i. 背景电磁场在足够大的电场下于平直空间中诱导轴子不稳定性。反之，均匀谐轴子场在 Maxwell sector 中诱导不稳定性。当推广到弯曲时空时，该现象转化为带电黑洞（BH）的普遍不稳定性。ii. 在存在电荷时，黑洞唯一性结果不再成立。我们发现了作为 Kerr-Newman 几何微小形变的解，以及无角动量、被轴子“拖曳”的带毛稳态解。若旋转黑洞浸没于外部磁场中，则其周围必存在轴子场。轴子分布可从 Wald 导出的电真空解微扰得到。iii. 超轻轴子触发旋转黑洞的超辐射不稳定性，并在外部几何中形成轴子云。超辐射增长可通过轴子或标量对电磁的耦合而中断或抑制。这些耦合导致在整个从黑洞提取能量的过程中发生周期性的光爆发。我们给出了这些过程速率的数值与简单解析估计。iv. 最后，我们讨论等离子体效应如何影响超辐射不稳定性的演化。