平面波前引力波碰撞中的黑洞形成
广义相对论与量子宇宙学
2018-11-07 v2 高能物理 - 理论
摘要
本文引入了一项新工作，利用爱因斯坦方程的数值解来研究四维、渐近平坦时空中的平面波前引力波碰撞。纯真空问题需要奇异的 Aichelburg-Sexl 型源才能获得有限能量解，这在数学和数值上都难以处理。因此，我们使用零（无质量）粒子来在初始波前内产生非平凡几何。本文的主要目的是：(a) 提出该问题的动机，(b) 介绍数值求解与无碰撞无质量或有质量粒子分布耦合的爱因斯坦方程的方法，以及 (c) 给出关于轴对称零粒子分布正碰中黑洞形成的首个结果。关于最后一点，初始条件的选择使得黑洞迅速形成，基本上没有物质逃离碰撞。这可以被解释为从无限大助推极限内部逼近超相对论碰撞问题，但其中物质分布是展开的，因而是非奇异的。我们发现的结果与早期关于 Aichelburg-Sexl 奇点碰撞的微扰计算以及关于玻色子星、黑洞和流体星高速碰撞的数值研究一致：形成了一个包含时空大部分能量的黑洞，剩余 的初始能量作为引力波辐射掉。此处开发的方法可能与强场引力和宇宙学中涉及物质粒子分布的其他问题相关。
引用
@article{arxiv.1807.11562,
title = {Black Hole Formation from the Collision of Plane-Fronted Gravitational Waves},
author = {Frans Pretorius and William E. East},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.11562},
year = {2018}
}
备注
21 pages, 11 figures; updated with minor revisions to match PRD version