Gravitational waves from superradiant instabilities of rotating black holes
直接探测到来自几个致密双星聚结的引力波，开创了天文学的新纪元。它开辟了探测超轻玻色子的可能性，超轻玻色子是由标准模型的扩展预测的，从它们的引力特征。这是特别有趣的，因为这些假设粒子中的一些可能是暗物质的成分，预计与标准模型粒子的相互作用非常弱，如果有的话，但它们会像往常一样受到引力。超轻玻色子可以引发旋转黑洞的超辐射不稳定性，并形成玻色子云，发射引力波。在这篇文章中，我们提出了一个概述等不稳定性的引力波源和评估的能力，目前和未来的探测器揭示潜在的暗物质候选人。
2021-11-17 gr-qc
Superradiant Instabilities in a Class of Scalar-Tensor Horndeski Theory
研究了一类标量张量Horndeski理论中的超辐射效应。我们首先研究了从Reissner-Nordström黑洞视界散射出来的大质量带电标量波的动力学，该黑洞除了与引力正则耦合外，还与曲率动力学耦合。我们发现，由于这种耦合，在Reissner-Nordström黑洞视界外形成了一个俘获势，并且随着新耦合强度的增加，散射波被超辐射放大，导致了Reissner-Nordström时空的不稳定性.然后考虑了曲率耦合的标量场与背景度规相互作用的反反应效应，研究了超辐射效应，得到了荷电波散射离开Horndeski黑洞视界的超辐射条件.
2018-06-28 gr-qc hep-th
Numerical investigation of plasma-driven superradiant instabilities
在等离子体中传播的光子获得有效质量$μ$，其由等离子体频率给出并且与等离子体密度的平方根成比例。正如康伦和赫代罗之前所指出的，对于电子数密度$n_e\sim 10^{-3}$ cm $^{-3}$（例如在星际介质中测量的那些），等离子体诱导的有效质量是$μ\sim 10^{-12}$ eV。这将导致几十个太阳质量的旋转黑洞的超辐射不稳定性。这幅图的一个明显问题是，由于吸积作用，黑洞附近的密度比星际介质中的密度高得多。为了模拟吸积效应，我们对旋转的黑洞中的超辐射不稳定性进行了数值模拟，等离子体的密度随着离黑洞的距离的增加而增加。虽然我们证实，超辐射不稳定性出现的等离子体密度足够低的黑洞附近，我们发现，天体物理现实的吸积盘是不可能触发这样的不稳定性。
2020-07-22 astro-ph.HE gr-qc
The black hole bomb and superradiant instabilities
如果满足一定的条件，撞击在克尔黑洞上的波在被黑洞散射时会被放大，从而产生超辐射散射。通过在黑洞周围放置一面镜子，可以使系统不稳定。这是普雷斯和特科尔斯基的黑洞炸弹。我们详细研究了这个过程，并计算了增长的时间尺度和振荡频率作为镜子的位置的函数。发现为了使系统黑洞和镜面变得不稳定，存在一个最小的镜面距离。我们还给出了一个明确的例子，表明这样的炸弹可以建立。此外，我们的论点使我们能够证明为什么大的Kerr-AdS黑洞是稳定的，而小的Kerr-AdS黑洞应该是不稳定的。
2004-08-30 astro-ph gr-qc hep-ph
Fundamental fields around compact objects: Massive spin-2 fields, Superradiant instabilities and Stars with dark matter cores
任意自旋的基本玻色子场是由标准模型和广义相对论的一般扩展所预言的，并且是解释宇宙暗成分的良好动机的候选者。寻找它们存在的最有希望的渠道之一是通过它们与紧凑物体的引力相互作用。在这篇论文中，我研究了玻色子场可能影响黑洞和中子星的动力学和结构的几种机制。论文的第一部分致力于研究球对称黑洞时空中的大质量自旋2场。大质量自旋2场可以在大质量引力理论中一致地描述，这使得有可能对这些场在弯曲时空中的传播进行系统的研究。特别是，我表明，由于存在额外的自由度，在这些理论中，黑洞解的结构是丰富的比在广义相对论。在论文的第二部分，我详细讨论了黑洞物理背景下的超辐射不稳定性。我表明，几种机制，如大规模玻色子场和磁场，可以把旋转黑洞不稳定的超辐射模式，这对天体物理学和物理学超越标准模型具有重要意义。在论文的最后一部分，我研究了玻色暗物质凝聚体与致密恒星的引力相互作用。特别是，我表明，由一个完美的流体和玻色子凝聚体形成的稳定的恒星配置存在，并可以描述暗物质吸积到恒星的后期阶段，在暗物质丰富的环境。
2016-07-18 astro-ph.CO astro-ph.SR gr-qc
Superradiant instabilities of massive bosons around exotic compact objects
本研究探讨奇异致密天体（ECOs）周围大质量玻色子的超辐射不稳定性，发现边界反射通过修正因子影响增长率，并改变超辐射排除区域，极端反射率下效应显著，可能影响对超轻粒子质量的约束。
2023-10-26 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
A Black-Hole Primer: Particles, Waves, Critical Phenomena and Superradiant Instabilities
这些笔记是为在DPG物理学院“广义相对论@99”（德国巴特霍内夫物理中心，2014年9月）上发表的关于黑洞的演讲准备的。讲座的共同点是几何光学极限中测地稳定性和黑洞扰动之间的关系。第一章建立了Michell“牛顿黑洞“的符号并讨论了一个常见的误解。第二章和第三章分别讨论黑洞时空中的粒子动力学和波动动力学。所有的计算都应该足够简单，可以用笔和纸完成。第4章在此基础上讨论了当前研究中两个令人兴奋的主题：黑洞合并中的临界现象和黑洞炸弹不稳定性。
2014-10-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Superradiant instabilities in the Kerr-mirror and Kerr-AdS black holes with Robin boundary conditions
最近的研究发现，具有Robin边界条件的标量场可以同时触发BTZ黑洞的超辐射不稳定性和体不稳定性。为了理解这种行为的普遍性和仔细研究这种行为的起源，我们考虑在这里的克尔BH的超辐射不稳定性限制在镜状腔或在AdS空间，也触发了一个标量场与红细胞。这些边界条件是确保空腔/AdS空间是一个孤立系的最一般的边界条件，并且作为一种特殊情况，包括通常考虑的Dirichlet边界条件（DBC）。尽管某些红细胞的超辐射模式与DBCs的超辐射模式只有轻微的不同，但在这两种情况下，我们发现，当我们改变红细胞时，频率的虚部可以达到任意大的正值。我们将这种增长解释为当某些RBC被施加到镜状腔或AdS边界时，由两种受限几何形状的体积不稳定性引起的，而不是由BH的能量提取引起的，与BTZ行为类似。
2018-02-01 gr-qc hep-th
Evolution and detection of vector superradiant instabilities
本文通过多模式数值模拟研究了矢量超辐射不稳定性驱动的黑洞-凝聚体系统演化，给出了关键时间尺度和模式质量的估算公式，并发现该系统可产生独特的引力波拍频信号，同时利用现有黑洞自旋-质量数据排除了特定矢量质量范围。
2025-04-09 gr-qc hep-ph
A sufficient condition for the development of superradiant instabilities in charged black-hole spacetimes
研究证明在eikonal大质量区间，不等式Φ_H>Q/M是带电黑洞超辐射不稳定的充分条件，且所有ABG黑洞满足该条件而Reissner-Nordström黑洞不满足。
2025-01-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Rapid growth of superradiant instabilities for charged black holes in a cavity
在Kerr黑洞背景中，由质量项或镜像边界条件约束的标量场具有不稳定模。假设时间依赖性为$e^{-iωt}$，则这些不稳定模式的增长时间尺度由频率的（正）虚部的倒数Im $(ω)$设定，其达到Im $(ω)M\sim 10^{-5}$量级的最大值，这是针对镜像边界条件获得的，其中$M$是黑洞质量。本文研究了Reissner-Nordström黑洞背景中带电标量场的最小耦合Klein-Gordon方程，并证明了由于镜像边界条件，不稳定模可以比旋转情况快几个数量级：我们得到了高达Im $(ω)M\sim 0.07$的模。我们提供了一个理解，解析近似的基础上，为什么不稳定性的情况下，有一个较小的时间尺度比旋转的情况下。这种更快的增长，再加上球对称性，使充电的情况下，一个有前途的模型研究的完全非线性发展的超辐射不稳定性。
2013-05-23 gr-qc hep-th
Onset of superradiant instabilities in the composed Kerr-black-hole-mirror bomb
Press和Teukolsky首先指出，由一个被反射镜包围的旋转克尔黑洞组成的系统可能会产生不稳定性。导致这些指数增长的不稳定性发展的物理机制是限制在黑洞和镜子之间的玻色子场的超辐射放大。这个复合黑洞-镜场系统的一个显著特征是存在一个临界镜半径$r^{\text{stat}}_{\text{m}}$，它支持{ \it平稳}（边缘稳定）场组态。这一关键（“静止”）镜半径标志着稳定和不稳定的黑洞镜场配置之间的界限：约束镜位于$r_{\text{m}}<r^{\text{stat}}_{\text{m}}$区域的组合系统是稳定的（即，受限场的所有模式随时间衰减），而其受限镜位于区域$r_{\text{m}}>r^{\text{stat}}_{\text{m}}$中的组合系统是不稳定的（即，存在随时间指数增长的受限场模式）。在本文中，我们探讨这个临界（边缘稳定）之间的边界稳定和爆炸黑洞镜场配置。结果表明，在快速旋转的黑洞的极限情况下，能从自旋Kerr黑洞中提取转动能的约束镜的最内半径（{ \it最小}）接近于黑洞的视界半径.我们发现，特别是，这一临界镜半径（这标志着在组成系统的超辐射不稳定性的开始）与黑洞温度呈线性比例。
2014-12-18 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black holes as particle detectors: evolution of superradiant instabilities
旋转黑洞的超辐射不稳定性可以用来对超轻玻色子施加强约束，从而将黑洞变成有效的粒子探测器。然而，很少有人知道的发展的不稳定性，其非线性时间演化是否符合线性直觉。这是我们第一次通过研究引力波发射和气体吸积对不稳定性演化的影响来解决这个问题。我们的准绝热，完全相对论性分析表明：（i）引力波发射并没有显着的影响黑洞的演化，（ii）吸积起着重要的作用，（iii）虽然通过超辐射发展的标量云的质量可以是黑洞质量的一个相当大的部分，它的能量密度是非常低的，可以忽略不计的反反应。因此，大质量的黑洞可以用克尔几何很好地描述，即使它们通过超辐射形成玻色子云。使用Monte Carlo方法和非常保守的假设，我们提供了强有力的支持的线性化分析的有效性和以前的研究的界限。
2014-11-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Plasma-photon interaction in curved spacetime II: collisions, thermal corrections, and superradiant instabilities
受电磁场约束由于等离子体附近的吸积黑洞，我们继续我们的探索的线性动力学的电磁场在弯曲的时空中传播的等离子体的存在，包括三个影响，被忽略在我们以前的分析：碰撞等离子体，热修正，和角动量的背景黑洞时空。我们证明：（i）等离子体驱动的长寿命模在碰撞等离子体中存在，除非碰撞时间尺度小得不切实际;（ii）可能与黑洞周围的吸积盘有关的热效应不影响轴向长寿命模;（iii）在自旋黑洞的情况下，等离子体驱动的模在线性水平上变得超辐射不稳定;（iv）由于等离子体的共振性质，小频率区域中的极性扇区允许反射点。耗散效应，如吸收，等离子体波的形成和非线性动力学在这个共振点附近起着至关重要的作用。
2021-07-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Maxwell perturbations on Kerr-anti-de Sitter: quasinormal modes, superradiant instabilities and vector clouds
Kerr-anti-de Sitter（Kerr-AdS）黑洞的标量和引力扰动已经在文献中得到了讨论，并显示出丰富的现象学。在本文中，我们完成了玻色子场的分析在此背景下，通过研究麦克斯韦微扰，重点是超辐射不稳定性和矢量云。为此，我们数值求解Teukolsky方程，施加我们在\cite{Wang:2015goa}中提出的径向Teukolsky方程的边界条件。正如其中所发现的，两个罗宾边界条件可以施加到麦克斯韦场的克尔-AdS黑洞，其中之一产生了一组新的准正规模式，甚至Schwarzschild-AdS黑洞。在这里，我们表明这些不同的边界条件产生两组不同的超辐射模式。有趣的是，“新模式”在更大的参数空间中可能不稳定。然后，我们研究静止的麦克斯韦云，存在于超辐射不稳定性的阈值，与两个罗宾边界条件。这些云，在线性水平上得到的，表明存在一个新的家庭的黑洞解在非线性水平上，在Einstein-Maxwell-AdS系统，从克尔-纽曼-AdS家庭的分支。作为与Maxwell云的比较，我们还研究了Kerr-AdS黑洞上的标量云，结果表明，存在对标量模稳定的Kerr-AdS黑洞，但对矢量模不稳定，且具有相同的“量子数“.
2015-12-07 gr-qc hep-th math-ph
Superradiant instabilities in a $D$-dimensional small Reissner-Nordström-Anti-de Sitter black hole
研究了$D$维小Reissner-Nordström-Anti-de Sitter（RN-AdS）黑洞中带电标量场的超辐射不稳定性.首先，我们用匹配法解析求解了带电Klein-Gordon方程。我们证明了一般的$D$维拟正规频率依赖于角动量量子数、$\ell$和$D$之间的关系.当$\ell$是$D-3$的（非负）整数倍，即$\ell=p(D-3)$时，我们得到了一个对AdS正常频率加纯虚数修正的解析拟正常频率公式。对于$D=4$中的所有$\ell$模式都是如此。对于一般的$D$，还有两种情况：i）当$\ell$服从$\ell=(p+\frac{1}{2})(D-3)$时，这可能发生在奇数$D$上，我们观察到匹配方法失败，因为近区和远区解具有不同的函数依赖性; ii）对于所有其他情况，解析拟正规频率公式对AdS正规频率给出了复杂的校正。其次，我们进行了数值计算，证实了与匹配方法得到的解析公式，并允许我们探索的情况下，该方法失败。在后一种情况下，在前者中，我们验证所有$D$的所有$\ell$模式可能成为超辐射，这与文献中以前的说法相矛盾。
2014-03-20 gr-qc hep-th
Instabilities of Kerr-AdS_5 x S^5 Spacetime
本文研究了具有等角动量的Kerr-AdS_5 × S^5时空的引力微扰。在这个时空中，我们发现了两种经典不稳定性，超辐射不稳定性和Gregory-Laflamme不稳定性。超辐射不稳定性是由超辐射引起的波放大和由于AdS时空的势垒引起的波反射引起的。格雷戈里-拉弗拉姆不稳定性出现在内部空间S^5的卡鲁扎-克莱因模中，破坏了对称性SO（6）。考虑到这些不稳定性，我们揭示了Kerr-AdS_5 x S^5时空的相结构。AdS/CFT对应的含义进行了讨论。
2008-12-03 gr-qc hep-th
Superradiance Instabilities of Charged Black Holes in Einstein-Maxwell-scalar Theory
本研究针对带电带毛黑洞背景的带电标量扰动展开，发现双峰势阱中束缚的部分准正模可被超辐射放大，进而导致黑洞失稳，且该效应由外势垒超辐射放大与内势垒模泄漏的竞争产生。
2023-02-02 gr-qc
Follow-up signals from superradiant instabilities of black hole merger remnants
超辐射不稳定性可以触发旋转黑洞周围玻色子云的形成。如果玻色子场的增长足够快，这些云就可能在双黑洞合并后不久形成。这种云是连续的引力波源，其检测（或缺乏）可以探测超轻玻色子（如轴子样粒子）的存在及其性质。由先进的LIGO到目前为止看到的二元黑洞合并的动机，我们详细研究了参数空间，可以探测到连续的引力波信号从超轻标量场云周围的黑洞合并残留物，特别是未来的地面探测器（A+，旅行者和宇宙探测器）。我们还研究了来自未解决来源的假定随机引力波背景的混淆噪声对这种搜索的影响，并且我们估计，在不同的天体物理先验下，可能导致可观察到的合并后信号的二进制黑洞合并事件的数量。在我们最乐观的假设下，宇宙探索者可以探测到几十个合并后的信号。
2019-05-25 gr-qc
Superradiant instabilities of rotating black branes and strings
黑膜和黑弦一般在引力摄动的某个扇区上是不稳定的。这就是所谓的格雷戈里-拉弗拉姆不稳定性。最近有人认为，存在另一种普遍的不稳定性，影响许多旋转的扩展黑物体。这种不稳定性在某种意义上是普遍的，因为它是由任何无质量场触发的，而不仅仅是引力摄动。在这里，我们详细研究这种新的机制。要使这种不稳定性起作用，需要两个因素：（i）一个能区，它引起波的超辐射放大;（ii）在控制所研究的特定模式演化的有效势中的“束缚”态。我们证明了黑膜Kerr_4 x R^p在这种机制下是不稳定的，并给出了这种情况下不稳定时标的数值结果。另一方面，非常令人惊讶的是，Kerr_d x R^p形式的黑膜在d>4时都是稳定的。这是一个相当出乎意料的结果，它源于这样一个事实，即在高维黑洞时空中没有稳定的圆形轨道，或者在波图像中，在有效势中没有束缚态。我们还表明，这是很容易模拟这种不稳定性在实验室中的声学黑膜。
2005-07-04 gr-qc hep-ph hep-th
Gravitational ringing and superradiant instabilities of the Kerr-like black holes in a dark matter halo
本文用连分数方法研究暗物质晕中类克尔黑洞的QNM和QBS，在CDM与SFDM模型中确认超辐射不稳定性，并分析暗物质参数影响，为引力波探测暗物质提供依据。
2023-07-10 gr-qc
Onset of superradiant instabilities in rotating spacetimes of exotic compact objects
奇异的紧致物体，具有反射性质的无视界时空，已经被一些量子引力模型有趣地认为是经典黑洞时空的替代物。具有反射边界条件的自旋无水平致密天体的一个显著特征是存在一组{ \it离散}的临界表面半径$\{r_{\text{c}}({\bar a};n)\}^{n=\infty}_{n=1}$，它可以支持空间规则的静态（{ \it边缘稳定}）标量场组态（这里${\bar a}\equiv J/M^2$是奇异致密天体的无量纲角动量）。有趣的是，最外面的临界半径$r^{\text{max}}_{\text{c}}\equiv \text{max}_n\{r_{\text{c}}({\bar a};n)\}$标志着稳定和不稳定的外来紧凑对象之间的边界：自旋对象的反射表面位于区域$r_{\text{c}}>r^{\text{max}}_{\text{c}}({\bar a})$是稳定的，而自旋对象的反射表面位于区域$r_{\text{c}}<r^{\text{max}}_{\text{c}}({\bar a})$是超辐射不稳定的标量扰动模式。在本论文中，我们使用分析技术，以探讨临界（边际稳定）自旋外来紧凑对象的物理特性。特别地，我们推导出一个非常紧凑的{ \it解析}公式的离散谱$\{r^{\text{max}}_{\text{c}}({\bar a})\}$的临界半径的边缘稳定的奇异紧凑对象的特点。…
2017-04-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Superradiance and instabilities in black holes surrounded by anisotropic fluids
在本文中，我们分析了带电标量场在一个Reissner-Nordström黑洞中的传播，该黑洞被赋予一种各向异性流体，对于某些参数集，该流体可以起到宇宙学项的作用。标量波散射的演变检查产生相同的超辐射散射条件，在德西特的情况下。此外，对拟正规边界条件的应用所产生的模态进行了分析。讨论了某些特殊情况下拟正规频率的解析解。此外，超辐射条件适用于触发不稳定模的拟正规问题，这一点通过我们的数值分析得到了证实。
2021-12-01 gr-qc hep-th
Superradiant instabilities of rotating black holes in the time domain
旋转黑洞时空上的玻色子场会受到超辐射的放大，在两种情况下，超辐射会导致指数增长的不稳定性（“黑洞炸弹”）：如果黑洞被镜子包围，或者如果玻色子场有静止质量。在这里，我们提出了一个时间域的克尔时空的标量场的研究，探测超长的时间尺度高达$t \lesssim 5 \times 10^6 M$，以揭示增长的不稳定性。我们描述了一种高效的方法，用于发展的领域，基于光谱分解成一组耦合的1+1D方程，和吸收边界条件的启发“完美匹配层”的范例。首先，我们研究了镜的情况下，研究如何不稳定的时标和模式结构依赖于镜的半径。接下来，我们研究的反射场，其丰富的频谱（通过傅立叶分析显示）产生的“跳动”的影响，掩盖了不稳定性。我们表明，不稳定性清楚地揭示了通过跟踪的应力能量的领域在外部时空。我们计算的增长率的范围内的质量耦合，通过应用频率滤波器隔离个别模态贡献的时域信号。我们的结果与以前的频域研究一致，后者认为克尔时空中有质量标量场的最大增长率在$τ^{-1} \approx 1.72 \times 10^{-7} (GM/c^3)^{-1}$。
2013-07-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Axionic instabilities and new black hole solutions
标量场和矢量场之间的耦合有着悠久而有趣的历史。轴子是解决强CP问题的一个关键可能性，而类轴子粒子可能是解决暗物质难题的一种方法。考虑到耦合的性质，以及自由降落的普遍性，在重力较强的地区，预计会产生重要的效应。在这里，我们表明，我。当电场足够大时，背景电磁场在平坦空间中引起轴向不稳定性。相反，均匀谐波轴子场在麦克斯韦扇区中引起不稳定性。当这种现象转移到弯曲时空时，就转化为带电黑洞（BH）的一般不稳定性。二.在存在电荷的情况下，BH唯一性结果丢失。我们找到的解决方案是小变形的克尔-纽曼几何和毛茸茸的固定解决方案，没有角动量，这是'拖'的轴子。如果自旋黑洞浸没在外部磁场中，那么它们周围一定存在轴子场。从Wald导出的电真空解可以微扰地得到轴子的轮廓。三.超轻的轴子触发自旋黑洞的超辐射不稳定性，并在外部几何中形成轴子云。超辐射生长可以通过与EM的轴向或标量耦合来中断或抑制。这些耦合导致光的周期性爆发，这发生在从BH提取能量的整个历史中。我们提供了这些过程的速率的数值和简单的分析估计。四.最后，我们讨论了等离子体效应如何影响超辐射不稳定性的演化。
2019-01-18 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Superradiant Darwinism: survival of the lightest axion
本文研究多质量相近轴子场中旋转黑洞的超辐射不稳定性，发现较轻轴子最终胜出并影响黑洞双星并合残余产生的随机引力波背景。
2024-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Binary superradiance: a numerical study
旋转的轴对称物体通过超辐射散射放大入射波。当封闭在空腔中时，受限场与物体的重复相互作用可能触发超辐射不稳定性。旋转双星在物理学中无处不在，在天体物理学和日常生活中起着重要作用。这样的双星可能也容易出现超辐射现象，但它们固有的复杂性使得研究如何确切地触发这种不稳定性具有挑战性。在这里，我们研究了一个二进制的两个吸收对象（模仿黑洞二进制，直升机叶片等）围绕一个共同的中心旋转，并显示超辐射不稳定性确实发生，在预期的时间尺度和频率范围。我们的结果提供了第一个证明，超辐射也发生在高度不对称的系统，并可能有丰富的应用在流体动力学和天体物理学。外推到天体物理学黑洞，我们的研究结果表明，紧凑的双星可能被用作有趣的粒子探测器，沉积一小部分的能量到推定的新的基本超轻自由度。
2022-01-31 gr-qc physics.flu-dyn
Superradiant instability of area quantized Kerr black hole with discrete reflectivity
本文研究了面积量子化Kerr黑洞周围大质量标量场的超辐射不稳定性，发现离散反射率使超辐射模式仅在特定质量范围内存在，且面积量子化可终止或抑制玻色云形成。
2025-05-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Superradiant instabilities of asymptotically anti-de Sitter black holes
在时空维$d\ge4$中研究了广义相对论中渐近反de Sitter黑洞的线性稳定性。我们的方法是一个适应的一般框架的Hollands和Wald，它给出了一个稳定的标准方面的正典能量，$\mathcal{E}$的符号。一般框架最初制定静态或静止和轴对称黑洞在渐近平坦的情况下，和稳定性分析的情况下，只适用于轴对称扰动。然而，在渐近反德西特的情况下，稳定性分析只需要黑洞有一个垂直于视界的单一Killing场，并且对扰动没有限制（除了在无穷远处的光滑性和适当的行为）。对于一个渐近反德西特黑洞，我们定义一个能域为视界基灵场是类空的区域;这样的区域，如果存在的话，通常会出现在无穷远处。我们证明，对于具有各向同性的黑洞，初始数据可以构造为使得$\mathcal{E}<0$，所以所有这样的黑洞都是不稳定的。为了获得这样的初始数据，我们首先使用WKB方法构造约束方程的近似解，然后使用Corvino-Schoen技术获得精确解。我们还讨论了带电渐近反德西特黑洞的广义遍历区域的情况。
2015-12-08 gr-qc hep-th math-ph
Understanding superradiant phenomena with synthetic vector potentials in atomic Bose-Einstein condensates
本文提出了一个基于合成矢量势下的玻色-爱因斯坦凝聚体的模拟模型，从理论上研究了弯曲时空中量子场论中的超辐射效应。打破超流体的无旋约束，可以在简单的平面几何中研究超辐射，并获得直观的洞察力在各能面上的放大散射过程。当修改边界条件以允许反射时，会发现动力学不稳定性，类似于旋转时空中的各能区的动力学不稳定性。讨论了它们在黑洞几何中的视界稳定性。所有这些现象都是通过一个精确的映射与一维相对论带电标量场的静电势物理重新解释。我们的研究提供了对超辐射的基本机制的更深入的理解：通过解开不同的成分在发挥作用，它照亮了一些误解的耗散和视界的作用，以及超辐射散射和不稳定性之间的竞争。
2021-04-07 cond-mat.quant-gas gr-qc
The Penrose process, superradiance and ergoregion instabilities
超辐射散射是一种辐射增强过程，发生在许多情况下，最近发现令人兴奋的应用在天文和粒子物理学。在弯曲时空物理学的框架中，它与粒子的经典彭罗斯过程联系在一起。超辐射通常也与具有能区和视界的几何周围的玻色子场有关。然而，这些概念显然是紧张的：彭罗斯过程发生在无水平几何中，粒子由费米子组成。在这里，我们解决了它的不同方面的紧张局势，通过显示：（i）超辐射发生在平坦时空的自相互作用费米子;（ii）超辐射也发生在无水平线的几何形状，在那里它会导致一个ergoregion不稳定性。超紧凑，horizonless的几何形状通常会回应不断增长的振幅的回声，直到旋转（或静电）能量提取的对象;（iii）傅立叶域分析导致没有超辐射时，地平线不存在。我们阐明了为什么这种分析未能给出有意义的结果;（iv）最后，我们表明，超辐射，ergoregion不稳定性有一个类似的增长时间尺度的粒子模拟，它可以形成一个紧凑的，旋转的恒星外的结构。
2018-03-21 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Acoustic black-hole bombs and scalar clouds in a photon-fluid model
克尔黑洞背景中的大质量玻色子场可以触发超辐射不稳定性（黑洞炸弹），也可以形成对应于纯束缚态的平衡构型，称为静止标量云。在这里，类似的现象出现在一个旋转的光子流体模型的波动动力学。在适当的涡旋流存在下，密度涨落由具有能区和事件视界的（2+1）弯曲时空上的大质量Klein-Gordon方程控制。我们报告超辐射不稳定性起源于准束缚声子态被困的涡旋背景，显着的，在同步旋转的视界中的固定模式的存在。这些代表了天体物理标量云的声学对应物。我们的系统提供了一个很有前途的平台，模拟重力实验的超辐射不稳定性的大质量玻色子和黑洞场平衡位形。
2021-02-09 cond-mat.quant-gas gr-qc physics.optics
Superradiant dark matter production from primordial black holes: Impact of multiple modes and gravitational wave emission
本文研究旋转原初黑洞通过霍金辐射、超辐射不稳定性和UV冻结产生重玻色子暗物质，发现第二超辐射模式不会进一步提高丰度，而引力波发射会显著削弱甚至逆转超辐射增强效应。
2025-09-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Superradiant instability of Kerr-de Sitter black holes in scalar-tensor theory
本文详细研究了标量张量引力中超辐射导致Kerr-de Sitter黑洞不稳定性的机制。我们的结果为研究具有宇宙学常数的天体物理黑洞中的标量张量引力提供了更多的线索。我们还讨论了在deSitter背景下的自发标量化，发现这种不稳定性也可以以一种特殊的形式发生在球形deSitter位形中。
2014-07-17 gr-qc hep-th
Hairy black resonators and the AdS$_4$ superradiant instability
通过数值求解3 + 1维Einstein方程，研究了Kerr-AdS黑洞的超辐射不稳定性.我们发现，超辐射不稳定性的结果在两个阶段的过程中，具有不同的初始和二次不稳定性。在次级不稳定性的末端，几何结构以几个不同的基频振荡--一个多重振荡的黑洞。多振荡的黑洞非常接近黑色共振器，尽管有一点引力毛发。在多毛黑共振时期，视界面积的演化与常数的指数接近一致。通过采用不同的种子扰动的初始克尔AdS几何，我们也证明了黑色谐振器的头发是不唯一的。在双量子场论的描述中，旋转不变性被自发地破坏，并且在某些区域能量密度为负，这表明物质的奇异状态不会松弛到静止构型。
2021-09-26 gr-qc hep-th
Nonlinear evolution of the AdS$_4$ black hole bomb
通过数值求解全3+1维Einstein方程，研究了具有负宇宙学常数的旋转黑洞的超辐射不稳定性。我们发现一个时代的证据占主导地位的解决方案与一个单一的螺旋Killing矢量和一个多阶段的过程，具有明显的超辐射不稳定性。
2018-02-15 gr-qc hep-th
Constraints on the ultralight scalar boson from Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs using the stochastic gravitational-wave background
超轻玻色子是有希望的暗物质候选者，可以触发旋转黑洞（BH）的超辐射不稳定性，导致BH周围长时间旋转的“玻色子云”，并通过单色引力波（GW）的发射耗散它们的能量。我们专注于标量玻色子最低限度地耦合到孤立的恒星起源BH（SBH）和他们的二元合并残留物，并进行贝叶斯数据分析，以搜索随机GW背景的所有不稳定模式，可以触发超辐射不稳定性使用先进LIGO和先进处女座的前三次观测运行的数据。我们没有发现这样的信号的证据，因此排除了标量玻色子的质量范围内的$[1.5, 16]\times10^{-13}$ eV，$[1.9, 8.3]\times10^{-13}$ eV和$[1.3, 17]\times10^{-13}$ eV在$95\%$置信水平的孤立SBH具有均匀的无量纲自旋分布在$[0,1]$，$[0,0.5]$和$[0.5,1]$，分别。
2022-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Superradiant scattering from a hydrodynamic vortex
我们表明，声波从流体动力学涡流散射可能会被放大。这种超辐射散射是从旋转的黑洞和流体动力学涡旋之间的物理类比得出的。然而，类似于黑洞事件视界的声波视界并不存在，除非旋涡拥有一个中心排水口，这在实验上是具有挑战性的。在天体物理学领域，超辐射甚至可以发生在没有事件视界：我们表明，在流体动力学模拟，排水管是不需要的和涡流散射声音超辐射。讨论了在稀气体玻色-爱因斯坦凝聚体中可能的实验实现。
2005-01-10 cond-mat.other gr-qc
Charged black holes in de Sitter space: superradiant amplification of charged scalar waves and resonant hyperradiation
黑洞通常居住在高度动态的星系环境中，并经常被吸积介质渗透。旋转和带电的黑洞不可避免地散射标量波、电磁波和引力波，这提供了一个显着的证据，证明了能量的提取和随后的散射波的放大是以致密物体的旋转和电磁能量为代价的;这种现象被称为超辐射。某些情况下极大地有利于能量提取过程，在这种程度上，线性超辐射不稳定性被触发。我们研究了单色带电标量场撞击Reissner-Nordström-de Sitter黑洞的超辐射放大，已知这些黑洞具有超辐射不稳定的准正规模。我们发现，即使超辐射的频率范围减少时，一个积极的宇宙学常数被纳入，放大因子显着升高相对于那些发生在Reissner-Nordström时空。有趣的是，我们确认，长期存在的准正规共振，驻留在superradiant制度诱导共振峰时，波的频率匹配的实部的准正规模式，无论时空的模式稳定性。
2022-06-18 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Superradiant instability of black holes immersed in a magnetic field
旋转的黑洞周围的磁场可以限制辐射并引发超辐射不稳定性。为了研究这种效应，我们进行了第一次完全一致的线性分析的恩斯特时空，爱因斯坦-麦克斯韦方程组的精确解描述了一个黑洞沉浸在一个均匀的磁场$B$。在黑洞质量消失的极限，背景还原为临界稳定的梅尔文时空。事件视界的存在引入了一个小的耗散项，导致了一组长寿命或不稳定的模式。我们提供了一个简单的解释的模式频谱方面的一个小的完美的吸收体沉浸在一个封闭的盒子大小$\sim1/B$，并显示旋转触发超辐射不稳定性。通过研究磁化Kerr-Newman黑洞的标量扰动，我们能够确认和量化这种不稳定性的细节。不稳定的时间尺度可以是数量级短于与大规模玻色子场。这种不稳定性从事件视界提取角动量，与吸积竞争。这意味着强磁场为黑洞的自旋设定了一个上限。相反，对高速旋转的大质量黑洞的观测，对周围磁场的强度施加了内在的限制。我们讨论了天体物理的影响，我们的结果和恩斯特时空的局限性，以描述现实的天体物理配置。
2014-05-27 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Final state of instabilities in Born-Infeld black holes
研究了Einstein-Born-Infeld-标量场理论中的两类线性不稳定性，发现小Born-Infeld（BI）黑洞在特定频率范围内具有超辐射不稳定性，BI耦合参数越大，不稳定性增长速率越慢.据预测，一个小的BI黑洞衰变成一个小的毛茸茸的黑洞，有一个带电的标量凝聚体漂浮在视界附近。我们数值计算表明，有毛和BI黑洞之间的相变。度规解表明$T<T_{c}$存在一个多毛黑洞，$T>T_{c}$存在一个BI黑洞.此外，BI黑洞将遭受快子质量，导致近视界标量凝聚不稳定性，这与平面毛状黑洞有关。我们证明了在小多毛黑洞框架中，BI耦合参数与临界温度有直接的关系。这是不正确的平面毛黑洞，其中较大的BI耦合参数导致较小的临界温度。最后，我们证明了在临界温度下，小毛状黑洞是稳定的，因此可以认为它是超辐射不稳定性的终点。
2020-10-03 gr-qc hep-th
Primordial black hole superradiance and evaporation in the string axiverse
该研究在弦轴子宇宙图景下，探究轻原初黑洞因轻轴子霍金发射自旋加快后触发的重轴子超辐射不稳定性，分析超辐射与蒸发的耦合动力学，得出质量-自旋分布规律并发现重轴子衰变可产生特征谱线。
2023-06-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Thermal phase transition in $F(R)$-charged $AdS_{4}$-scalar theory
研究了在线性微扰区中，有质量带电标量场作用下$F(R)$荷电$AdS_{4}$黑洞的不稳定性.在平面视界的$F(R)$引力模型中研究了作为近视界标量凝聚的快子不稳定性，并研究了可能的相变性质。结果表明，这种转变对$F(R)$对$R$的一阶导数敏感，其值越大，临界温度越高，从而产生了新一代的高温超导体.此外，对于一定的参数范围，$F(R)$荷电的$AdS_{4}$黑洞遭受超辐射不稳定性。我们考虑标量质量和电荷对这种不稳定性的影响，并得出结论，RN黑洞衰变成小的毛茸茸的黑洞，有一个带电的标量凝聚体漂浮在视界附近。结果表明，在临界温度下，$T<T_{c}$存在相变，导致出现毛状黑洞解，而$T>T_{c}$存在RN黑洞解.在超辐射不稳定性的情况下，$F(R)$对临界温度的影响随后进行了研究，表明在$F(R)$引力下，更高的临界温度是可能的。我们还检查了毛状黑洞的稳定性，并表明所得到的毛状解决方案可以被认为是一个可能的终点超辐射不稳定性的一个小的带电黑洞。
2020-04-04 gr-qc hep-th
Stimulated axion decay in superradiant clouds around primordial black holes
超辐射不稳定性会导致旋转黑洞周围产生极密集的轴子云。我们发现，尽管量子色动力学轴子的自发衰变到光子对的寿命很长，受激衰变成为显着的最小轴子密度以上，并导致非常明亮的激光。轴子质量$μ\gtrsim 10^{-8}\ \mathrm{eV}$可以达到激光阈值，这意味着旋转的原始黑洞周围的超辐射不稳定性与质量$\lesssim 0.01M_\odot$。虽然后者在形成时预计是不旋转的，但旋转的黑洞群可能是随后合并的结果。我们进一步表明，激光可以淬灭的Schwinger对生产，产生一个临界的电子-正电子等离子体的轴子云。然而，一旦湮灭使等离子体密度充分降低，激光就可以重新开始，导致多次激光爆发，直到黑洞旋转到足以消除超辐射不稳定性。特别是，质量为$\sim 10^{-5}\ \mathrm{eV}$的轴子和质量为$\sim 10^{24}$ kg的原始黑洞（这可以解释宇宙中所有的暗物质）会导致GHz射频范围内的毫秒爆发，峰值亮度为$\sim 10^{42}$ erg/s，这表明可能与观测到的快速射电暴有关。
2018-06-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Boosted black string bombs
研究了在紧致方向上Kaluza-Klein动量不为零的五维旋转黑弦几何中大质量标量场超辐射束缚态的形成.尽管所有的卡鲁扎-克莱因模都可以在这种几何中形成束缚态，但在现实的额外维度模型和天体物理学的黑洞中，只有零模足够轻，才能产生超辐射不稳定性，只要场的质量很小但不为零，例如轴子粒子。我们使用分析和数值方法表明，虽然卡鲁扎-克莱因动量减少了不稳定发展的场质量的上限，它可能会提高其最大增长率超过50%，从而提高黑洞炸弹机制。我们讨论了可能的观测结果，这一结果和它的潜在的天体物理探测的非平凡的额外维紧化。
2013-02-11 gr-qc hep-ph hep-th
Superradiant instability of $D$-dimensional Reissner-Nordström-anti-de Sitter black hole mirror system
本文对$D$维Reissner-Nordström-anti-de Sitter（RN-AdS）黑洞和反射镜组成的系统在带电标量扰动下的线性超辐射稳定性进行了详细的分析。结果表明，系统的稳定性不仅与镜像半径有关，还与标量扰动的质量、AdS半径和时空维数有关。在更高维的时空中，超辐射模的不稳定程度将被严重削弱。然而，通过选择合适的反射镜半径值，可以显著地放大不稳定的程度。值得注意的是，当反射镜半径小于阈值时，系统变得稳定。我们还发现，在$D$维渐近平坦RN黑洞背景中，大质量带电标量场不能触发不稳定性。对于给定的标量荷，小的RN-AdS黑洞可能是超辐射不稳定的，而大的RN-AdS黑洞在带电标量场下无论有无反射镜都可能是稳定的.我们还表明，这些结果可以很容易地阐述和理解的帮助下，因式分解电位分析。
2017-06-09 gr-qc hep-th
Testing black hole superradiance with pulsar companions
我们证明了脉冲星发射的磁偶极子和引力辐射可以被自旋的黑洞伴星超辐射散射。我们发现辐射中超辐射模的相对数量取决于脉冲星相对于黑洞赤道平面的角位置。特别是，当脉冲星和黑洞自旋对齐时，超辐射模式在大角度下占主导地位，导致脉冲星亮度的放大，而对于小角度，辐射主要由非超辐射模式组成，信号衰减。这导致了脉冲星光度的特征轨道调制，在我们的近似中达到了百分比水平，这可能会产生天体物理黑洞中超辐射散射的签名，因此是对广义相对论的重要检验。
2015-08-13 astro-ph.SR gr-qc hep-ph
Superradiant instability of charged scalar fields in higher-dimensional Reissner-Nordström-de Sitter black holes
黑洞具有捕获区域，导致有趣的动力学效应。通过适当地将测试场从黑洞散射出去，人们可以从黑洞中提取能量，从而导致测试场的振幅以消耗黑洞的能量为代价而增长。这种动力学现象被称为超辐射。本文研究了沉浸在$d-$维de Sitter宇宙中的Reissner-Nordström黑洞的带电标量场不稳定性。通过执行一个彻底的频域分析，我们计算不稳定的准正规共振，并将它们的存在与一个新的家庭的准正规模式与纯德西特时空的宇宙视界的存在和时间尺度。我们的结果表明，这种不稳定性是由超辐射，而尺寸的增加放大的增长率和扩大的参数空间的区域，无论是无质量和有质量的，测试领域是不稳定的。
2019-08-24 gr-qc hep-th
Impact of multiple modes on the black-hole superradiant instability
质量范围为$\sim (10^{-20}-10^{-11})\,{\rm eV}$的超轻玻色子场可以触发超辐射不稳定性，从质量为$M\sim(5,10^{10})M_\odot$的天体物理黑洞中提取能量和角动量，在其周围形成非球形的旋转凝聚体。通过研究准绝热近似下多模数据的演化，我们发现，动力学是更丰富的，强烈依赖于种子的能量，模式之间的相对振幅，和引力耦合。如果种子能量是黑洞质量的百分之几，那么一个被振幅相当的超辐射和非超辐射模式的混合物包围的黑洞可能不会经历超辐射不稳定阶段，这取决于玻色子质量的大小。如果种子能量较小，如在量子涨落引发的不稳定性的情况下，非超辐射模式的影响可以忽略不计。我们讨论了这些研究结果的影响，目前的约束超轻领域的电磁和引力波观测。
2019-09-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Superradiant instabilities for short-range non-negative potentials on Kerr spacetimes and applications
次极值克尔时空$(\mathcal{M}_{M,a},g_{M,a})$，$0<|a|<M$上的波动方程$\square_{g_{M,a}}ψ=0$不允许实模解，正如Shlapentokh-Rothman建立的那样。在本文中，我们表明，没有真正的模式不坚持下添加一个任意的短程非负电位$V$的波动方程或下的变化的度量$g_{M,a}$在遥远的区域的$\mathcal{M}_{M,a}$（保留$T$的因果关系）。特别是，我们首先建立，对于任何$0<|a|<M$，存在的实模式解决方案$ψ$方程$\square_{g_{M,a}}ψ-Vψ=0$，适当选择的时间无关的实际潜在的$V$在空间中的紧凑的支持，满足$V\ge0$。指数增长模式也得到扰动后的潜在$V$。然后，作为上述结果的应用，我们构造了一族时空$(\mathcal{M}_{M,a},g_{M,a}^{(def)})$，它们在$(\mathcal{M}_{M,a},g_{M,a})$的空间微扰下是紧的，具有与$(\mathcal{M}_{M,a},g_{M,a})$相同的对称性，并且允许实模和指数增长模.这些时空包含稳定捕获的零测地线，但我们也构造了一个更复杂的家庭的时空正常双曲型捕获集，承认真正的和指数增长的模式，在有圆锥渐近的代价。上述结果与具有全局类时Killing场$T$的定态渐近平坦（或圆锥）时空$(\mathcal{M}…
2016-08-05 gr-qc math-ph math.AP
Superradiant instability of massive vector fields around spinning black holes in the relativistic regime
研究了在测试场极限下旋转黑洞周围的大质量矢量场（Proca场）的超辐射不稳定性。这是由于天体物理学黑洞的观测可能会探测到超轻玻色子的存在。通过利用时域模拟，我们表征的增长率，频率，空间分布，和其他属性的不稳定模式，包括在政权的黑洞是快速旋转和康普顿波长的Proca字段是可比的黑洞半径。我们发现，在这个政权的相对论效应增加的范围Proca群众是不稳定的，以及最大的不稳定率。我们还研究了由这种不稳定性产生的引力波，发现它们比大质量标量场的情况要强得多。
2017-07-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Superradiant axion clouds around asteroid-mass primordial black holes
本文研究小行星质量原初黑洞通过超辐射产生轴子云的动力学与观测效应，发现大量轴子可逃逸并积累在星系或星系际介质中，其与光子耦合产生的 X/γ 射线背景已超出观测限制，并展望 Athena 望远镜的探测前景。
2023-01-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dual Dressed Black Holes as the end point of the Charged Superradiant instability in ${\cal N} = 4$ Yang Mills
本文提出双着衣黑洞（DDBH）作为 ${\cal N}=4$ 杨-米尔斯中带电超辐射不稳定性的终点，证明其稳定并构建了相图与10维解。
2025-03-24 gr-qc hep-th
Superradiant amplification by stars and black holes
在这篇论文中，我们研究了超辐射现象及其对黑洞和完美流体星稳定性的影响。超辐射是一种涉及旋转耗散系统的辐射增强过程。在BH时空中，超辐射是由于在事件视界的耗散，与有趣的相关现象，即浮动轨道和BH炸弹。BH超辐射是一个非常交叉的课题，它的研究使我们在粒子物理领域获得了重要的结果。旋转黑洞对标量场的散射导致准束缚态的形成。在旋转系统中，这些状态可以引起超辐射不稳定性。这些结果最近被用来限制基本粒子和暗物质候选者的质量。在这项工作中，它表明，当耗散是适当的，类似的结果是可以实现的自引力系统以外的黑洞，如完美的流体星。计算还表明，与标架拖曳现象有关的相对论效应在计算中可以忽略。
2016-02-24 gr-qc
