Структура компактных астрофизических объектов в конформно-унимодулярной метрике

  • Сергей Леонидович Черкас Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-6132-3052
  • Владимир Леонидович Калашников Римский университет «Ла Сапиенца», пл. Альдо Моро, 5, 00185, г. Рим, Италия https://orcid.org/0000-0002-3435-2333
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2020-3-97-111

Аннотация

Рассматривается решение для сферически-симметричного гравитационного поля в конформно-унимодулярной метрике. Основанием для исследования данной калибровки стало ее использование в пятивекторной теории гравитации, позволяющей решить космологическую проблему чрезмерно большой энергии вакуума. Приводятся аргументы в пользу того, что все физические явления должны рассматриваться именно в этом классе метрик, что предполагает нарушение калибровочной инвариантности общей теории относительности. Исследованы как вакуумные решения, так и решения для несжимаемой жидкости постоянной плотности. Для последнего случая оказывается, что такие несингулярные объекты, называемые эйхеонами, могут быть конечным результатом коллапса звезд с массой, превышающей предел Толмана – Оппенгеймера – Волкова. Слово «эйхеон» отсылает к фундаментальной работе Г. Вейля «Gravitation und Elektrizität», опубликованной, в частности, в книге «Das Relativitätsprinzip. Eine Sammlung von Originalarbeiten zur Relativitätstheorie Einsteins» (Берлин, 2018). В указанной работе впервые была изложена концепция калибровочной инвариантности (нем. Eichtheorie) применительно к единой теории поля. Этим термином мы подчеркиваем решающую роль унимодулярного калибровочного условия для описания сверхкомпактных несингулярных астрофизических объектов. Кроме того, коннотация Eichel (рус. желудь) подчеркивает тот факт, что эйхеон может иметь внутреннюю структуру и реальную («твердую») поверхность. Рассмотрены также радиальные геодезические пробных частиц в унимодулярной метрике.

Биографии авторов

Сергей Леонидович Черкас, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник лаборатории ядерной оптики и космомикрофизики

Владимир Леонидович Калашников, Римский университет «Ла Сапиенца», пл. Альдо Моро, 5, 00185, г. Рим, Италия

кандидат физикоматематических наук; старший научный сотрудник отдела информационной инженерии, электроники и телекоммуникаций

Литература

  1. Novikov ID, Frolov VP. [Black holes in the Universe]. Uspekhi fizicheskikh nauk. 2001;171(3):307–324. Russian. DOI: 10.3367/ UFNr.0171.200103e.0307.
  2. Chandrasekhar S. The mathematical theory of black holes. Volume 1. Oxford: Clarendon Press; 1983. 646 p. (International series of monographs on physics (Oxford, England); volume 69). Russian edition: Chandrasekhar S. Matematicheskaya teoriya chernykh dyr. Chast’ 1. Moscow: Mir; 1986. 632 p.
  3. Tolman RC. Static solutions of einsteinʼs field equations for spheres of fluid. Physical Review. 1939;55:1939. p. 364–373. DOI: 10.1103/PhysRev.55.364.
  4. Oppenheimer JR, Volkoff GM. On massive neutron cores. Physical Review. 1939;55(4):374–381. DOI: 10.1103/PhysRev.55.374.
  5. Abbott BP, Abbott R, Abbott TD, Abernathy MR, Acernese F, Ackley K, et al. Observation of gravitational waves from a binary black hole merger. Physical Review Letters. 2016;116(6):061102. DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.061102.
  6. Akiyama K, Alberdi A, Alef W, Asada K, Azulay R, Baczko A-K, et al. First M87 event horizon telescope relults. I. The shadow of the supermassive black hole. The Astrophysical Journal Letters. 2019;875(1):1–17. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0ec7.
  7. Einstein A. On a stationary system with spherical symmetry consisting of many gravitating masses. Annals of Mathematics. Second Series. 1939;40(4):922–936. DOI: 10.2307/1968902.
  8. Popławski NJ. Nonsingular Dirac particles in spacetime with torsion. Physics Letters B. 2010;690(1):73–77. DOI: 10.1016/j. physletb.2010.04.073.
  9. Logunov AA. Relyativistskaya teoriya gravitatsii [Relativistic theory of gravity]. Мoscow: Nauka; 2006. 253 p. Russian.
  10. Chamseddine AH, Mukhanov V. Nonsingular black hole. The European Physical Journal C. 2017;77(3):183. DOI: 10.1140/ epjc/s10052-017-4759-z.
  11. Perez A. Black holes in loop quantum gravity. Reports on Progress in Physics. 2017;80(12):126901. DOI: 10.1088/1361-6633/ aa7e14.
  12. Penrose R. The question of cosmic censorship. Journal of Astrophysics and Astronomy. 1999;20:233–248. DOI: 10.1007/ BF02702355.
  13. Kovács Z, Cheng KS, Harko T. Can stellar mass black holes be quark stars? Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2009;400(3):1632–1642. DOI: 10.1111/j.1365-2966.2009.15571.x.
  14. Kiselev VV, Logunov AA, Mestvirishvili MA. [The physical inconsistency of the Schwarzschild and Kerr solutions]. TMF. 2010;164(1):172–176. Russian. DOI: 10.4213/tmf6531.
  15. Gershtein SS, Logunov AA, Mestvirishvili MA. [Gravitational collapse is impossible in the relativistic theory of gravity]. TMF. 2009;161(2):295–304. Russian. DOI: 10.4213/tmf6440.
  16. Vyblyi YP. [On centrally symmetric solutions of the gravitational field equations in the RTG]. TMF. 1991;88(1):135–140. Russian.
  17. Kalashnikov VL. Issue of the spherically symmetric static vacuum metric in the relativistic theory of gravity. Central European Journal of Physics. 2008;6:80–83. DOI: 10.2478/s11534-008-0017-1.
  18. tʼHooft G. On the quantum structure of a black hole. Nuclear Physics B. 1985;256:727–745. DOI: 10.1016/0550-3213(85)90418-3.
  19. Bousso R. The holographic principle. Reviews of Modern Physics. 2002;74(3):825–874. DOI: 10.1103/RevModPhys.74.825.
  20. Aste A, Trautmann D. Radial fall of a test particle onto an evaporating black hole. Canadian Journal of Physics. 2005;83: 1001–1006. DOI: 10.1139/p05-058.
  21. Susskind L, Lindesay J. Black holes, information and the string theory revolution. New York: World Scientific; 2005. 183 p.
  22. Blokhintsev DI. Izbrannye trudy [Collected papers]. Volume 2. Moscow: Fizmatlit; 2009. 742 p. Russian.
  23. Weinberg S. The cosmological constant problem. Reviews of Modern Physics. 1989;61(1):1–23. DOI: 10.1103/RevModPhys.61.1.
  24. Blinnikov SI, Dolgov AD. [Cosmological acceleration]. Uspekhi fizicheskikh nauk. 2019;189:561–602. Russian. DOI: 10.3367/ UFNr.2018.10.038469.
  25. Haridasu BS, Cherkas SL, Kalashnikov VL. A reference level of the Universe vacuum energy density and the astrophysical data. Fortschritte der Physik. 2020;68(7):2000047. DOI: 10.1002/prop.202000047.
  26. Cherkas SL, Kalashnikov VL. To the Theory of gravity with an arbitrary reference level of energy density. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics series. 2019;55(1):83–96. Russian. DOI: 10.29235/1561-2430- 2019-55-1-83-96.
  27. Arnowitt R, Deser S, Misner CW. The Dynamics of General Relativity. In: Witten L, editor. Gravitation: an introduction to current research. New York: Wiley; 1962. p. 227–265. arXiv: gr-qc/0405109 [Preprint]. 1962 [cited 2020 February 12]: [30 p.]. Available from: https://arxiv.org/abs/gr-qc/0405109.
  28. Landau LD, Lifshitz EM. The classical theory of fields. 4th edition. Oxford: Butterworth-Heinemann; 1975. 402 p. Russian edition: Landau LD, Lifshitz EM. Teoriya polya. Moscow: Nauka; 1988. 512 p.
  29. Vladimirov VS. Obobshchennye funktsii v matematicheskoi fizike [Generalized functions in mathematical physics]. Moscow: Mir; 1976. 280 p. Russian.
  30. Katanaev MO. Point massive particle in General Relativity. General Relativity and Gravitation. 2013;45(10):1861–1875. DOI: 10.1007/s10714-013-1564-3.
  31. Weinberg S. Gravitation and cosmology: principles and applications of the general theory of relativity. New York: John Wiley & Sons; 1972. 657 p. Russian edition: Weinberg S. Gravitatsiya i kosmologiya. Printsipy i prilozheniya obshchei teorii otnositel’nosti. Dubovik VM, Tagirov EA, translator. Moscow: Mir; 1975. 696 p.
  32. Potekhin AY. The physics of neutron stars. Uspekhi fizicheskikh nauk. 2010;180:1279–1304. Russian. DOI: 10.3367/UFNr.0180.201012c.1279.
  33. Bulik T. Black holes go extragalactic. Nature. 2007;449(7164):799–801. DOI: 10.1038/449799a.
  34. Miller MC, Yunes N. The new frontier of gravitational waves. Nature. 2019;568(7753):469–476. DOI: 10.1038/s41586-019- 1129-z.
  35. Kalashnikov VL. Perturbations of the spherically symmetric collapsar in the relativistic theory of gravitation: axial perturbations. I. arXiv: gr-qc/0405032 [Preprint]. 2004 [cited 2020 February 12]: [11 p.]. Available from: https://arxiv.org/abs/gr-qc/0405032.
Опубликован
2020-10-29
Ключевые слова: компактные объекты, конформно-унимодулярная метрика, черные дыры, сверхмассивные черные дыры, координатная сингулярность, нарушение калибровочной инвариантности, вакуумная энергия, сферически-симметричное решение
Как цитировать
Черкас, С. Л., & Калашников, В. Л. (2020). Структура компактных астрофизических объектов в конформно-унимодулярной метрике. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 97-111. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2020-3-97-111
Выпуск
№ 3 (2020): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Теоретическая физика

Copyright (c) 2020 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).