Екстремальна чорна діра
Екстремальна чорна діра (англ. extremal black hole) — чорна діра з мінімально можливою масою, сумісною з її зарядом та моментом імпульсу[1]. Екстремальні чорні діри мають нульову температуру. Близькоекстремальні чорні діри (англ. near-extremal black holes) з масою трохи вище екстремального значення мають просту структуру горизонту, що робить їх цінними інструментами для дослідження чорних дір[2].
Концепція екстремальної чорної діри є гіпотетичною, і досі жодної з них не спостерігалося в природі. Однак вони виявилися корисними як теоретичні конструкції[3].
На загальних підставах вважають, що екстремальні чорні діри матимуть нульову гокінгівську температуру та не випромінюватимуть випромінювання Гокінга[4][5]. У суперсиметричних теоріях екстремальні чорні діри часто є суперсиметричними: вони інваріантні відносно кількох надзарядів. Ентропію чорної діри[6] можна розрахувати за допомогою теорії струн.
Одна з гіпотез, відома як «третій закон термодинаміки чорних дір», стверджує, що жоден фізичний процес не може утворити чорну діру зі зникаючою поверхневою гравітацією[7]. Це виключає утворення екстремальної чорної діри; точніше, жоден процес, що включає скінченну кількість кроків, не може створити чорну діру, не порушуючи слабкої енергетичної умови[en][8]. Доказ цього Вернер Ізраїль опубліккував 1986 року[9]. Однак новіші роботи стверджують, що робота Ізраеля містить помилку, і тому екстремальні чорні діри насправді можливі[10][11][3]. Третій закон термодинаміки для чорних дір завжди був предметом суперечок.
Чорна діра, маса якої близька до мінімально можливої маси, сумісної з заданими зарядом та моментом імпульсу, відома як близькоекстремальна чорна діра. Розрахунки таких об'єктів зазвичай виконують за допомогою теорії збурень вінносно екстремальної чорної діри; малий параметр збурення називають неекстремальністю. У суперсиметричних теоріях близькоекстремальні чорні діри часто є малими збуреннями суперсиметричних чорних дір. Такі чорні діри мають дуже малу гокінгівську температуру і, отже, випромінюють невелику кількість випромінювання Гокінга. Їхню ентропію часто можна розрахувати в теорії струн, подібно до випадку екстремальних чорних дір, принаймні до першого порядку неекстремальності.
- ↑ Kallosh, Renata; Linde, Andrei; Ortín, Tomás; Peet, Amanda; Van Proeyen, Antoine (1 грудня 1992). Supersymmetry as a cosmic censor. Physical Review D. 46 (12): 5278—5302. arXiv:hep-th/9205027. Bibcode:1992PhRvD..46.5278K. doi:10.1103/PhysRevD.46.5278. PMID 10014916.
- ↑ Iliesiu, Luca V.; Turiaci, Gustavo J. (18 травня 2021). The statistical mechanics of near-extremal black holes. Journal of High Energy Physics (англ.). 2021 (5): 145. arXiv:2003.02860. Bibcode:2021JHEP...05..145I. doi:10.1007/JHEP05(2021)145. ISSN 1029-8479.
- ↑ а б Nadis, Steve (21 серпня 2024). Mathematicians Prove Hawking Wrong About 'Extremal' Black Holes. Quanta Magazine (англ.). Процитовано 27 серпня 2024.
- ↑ Giddings, Steven B.; Strominger, Andrew (15 липня 1992). Dynamics of extremal black holes. Physical Review D. 46 (2): 627—637. arXiv:hep-th/9202004. Bibcode:1992PhRvD..46..627G. doi:10.1103/PhysRevD.46.627. PMID 10014975.
- ↑ Ghosh, Saumya; Barman, Subhajit (11 лютого 2022). Hawking effect in an extremal Kerr black hole spacetime. Physical Review D. 105 (4). arXiv:2108.11274. Bibcode:2022PhRvD.105d5005G. doi:10.1103/PhysRevD.105.045005.
- ↑ Bekenstein, Jacob D. (1973). Black Holes and Entropy. Phys. Rev. D. 7 (8): 2333—2346. Bibcode:1973PhRvD...7.2333B. doi:10.1103/PhysRevD.7.2333.
- ↑ Bardeen, J. M.; Carter, B.; Hawking, S. W. (1973). The four laws of black hole mechanics. Communications in Mathematical Physics. 31: 161—170. Bibcode:1973CMaPh..31..161B. doi:10.1007/bf01645742.
- ↑ Carroll, Sean M.; Johnson, Matthew C.; Randall, Lisa (2009). Extremal limits and black hole entropy. Journal of High Energy Physics. 2009 (11): 109. arXiv:0901.0931. Bibcode:2009JHEP...11..109C. doi:10.1088/1126-6708/2009/11/109.
- ↑ Israel, W. (28 липня 1986). Third Law of Black-Hole Dynamics: A Formulation and Proof. Physical Review Letters (англ.). 57 (4): 397—399. Bibcode:1986PhRvL..57..397I. doi:10.1103/PhysRevLett.57.397. ISSN 0031-9007. PMID 10034049.
- ↑ Kehle, Christoph; Unger, Ryan (2024). Event horizon gluing and black hole formation in vacuum: the very slowly rotating case. Advances in Mathematics. 452. arXiv:2304.08455. doi:10.1016/j.aim.2024.109816.
- ↑ Kehle, Christoph; Unger, Ryan (15 лютого 2024). Extremal black hole formation as a critical phenomenon. arXiv:2402.10190 [gr-qc].