Quasinormal modes, quasibound states, scalar clouds, and superradiant instabilities of a Kerr-like black hole
我们用连分式方法确定了类克尔黑洞周围标量场的本征频率。本文所考虑的类Kerr度规是Konoplya，Rezzolla和Zhidenko提出的轴对称黑洞的一般参数化的一个子类。除了质量$M$和比角动量$a$，黑洞还依赖于第三个参数$η$，称为变形参数。研究了形变参数对黑洞周围大质量标量场的准正规模和准束缚态的影响。特别是，我们计算的时间尺度与超辐射不稳定性的标量场在这样的时空。本文还讨论了这些不稳定性可能形成的定常标量云的性质。
2022-07-26 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Electromagnetic emission from axionic clouds and the quenching of superradiant instabilities
暗物质的本质是科学界最古老的谜团之一。轴子或类轴子粒子是一个关键的可能性，它们出现在解决强CP问题的机制中，也出现在弦论的低能极限中。广泛的实验和观测努力正在积极寻找“公理”印记。轴子在旋转的黑洞周围形成浓密的云团，这与它们的性质、丰度以及它们对暗物质问题的贡献无关，它们是通过超辐射机制生长的。最近有人提出，一旦考虑到与光子的耦合，光子的指数（量子）受激发射在足够大的轴子数时发生。在这里，我们解决了在不同的设置数值的经典问题。我们表明，激光从云发射存在于经典水平，我们提供了第一个定量描述的问题。
2019-03-05 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Time evolution of superradiant instabilities for charged black holes in a cavity
最近的频域研究表明，当带电标量场与腔中的带电黑洞相互作用时，表现出快速增长的超辐射不稳定性。在这里，我们提出了一个时域分析的长期演变的测试带电标量场配置的Reissner-Nordström背景下，与或没有镜像边界条件。初始数据是一个高斯波包或正则化（地平线附近）的准束缚态。然后，傅立叶变换的演变中获得的数据证实了在频域分析中获得的结果，特别是对于快速增长的模式。我们表明，球对称（L=0）模式有更快的增长速度比L=1模式的“小”场电荷。因此，我们的研究证实，这种设置是特别有前途的考虑超辐射不稳定性的非线性发展，因为快速增长，使信号克服的数值误差，占主导地位的小增长率，分析可以完全在球对称。
2013-12-16 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
Onset of superradiant instabilities in the hydrodynamic vortex model
本文对传播声波的一种有效的时空几何--流体动力学涡旋进行了解析研究。与我们熟悉的克尔黑洞时空相比，流体动力学涡旋模型是由一个没有视界的有效声学几何来描述的。然而，这个声学时空拥有一个遍历区域，这是它与旋转克尔时空共享的一个属性。最近的数值计算表明，由于有效时空的能区中声波的超辐射散射，这个物理系统是线性不稳定的。在本研究中，我们使用分析工具，以探讨这些superradiant不稳定性的特征有效时空几何的发病。特别是，我们推导出一个简单的分析公式，它描述了流体动力学涡旋系统在其临界状态（边缘稳定）的物理特性，该状态标志着稳定和不稳定的流体配置之间的边界。分析推导的公式与最近发表的流体动力学涡系的数值数据一致。
2014-07-30 astro-ph.HE gr-qc hep-th
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
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
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 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
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
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
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
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
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
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 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
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
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 instabilities in astrophysical systems
轻玻色子自由度已经成为暗物质的重要候选者。这些场在弯曲时空周围的演化还知之甚少，但预计会显示出有趣的效应。特别是，光玻色子场与大多数星系中的关键角色--超大质量黑洞的相互作用，可以提供超辐射和非线性玻色诺瓦式坍缩的丰富多彩的例子。反过来，对旋转黑洞的观测有望对我们宇宙中假定的大质量玻色子场的质量施加严格的限制。本文的目的是对旋转黑洞附近线性化质量标量场和矢量场的演化进行全面的研究。对于一定的玻色子场质量范围，场可以被困在视界外的势垒中并过渡到束缚态。因为存在许多这样的准束缚态，所以一般的结果是调幅正弦或拍频信号。我们认为，这种殴打的出现在过去没有被注意到，事实上被误认为是指数增长。信号的幅度调制强烈地依赖于泛音的相对激发，而泛音的相对激发又与束缚态的地理位置密切相关。我们第一次探讨了大规模的矢量场在一般BH背景下，这是很难，如果不是不可能的，在克尔背景下分离。我们的结果表明，自旋黑洞一般是强烈不稳定的大规模向量场。
2013-02-19 astro-ph.CO gr-qc hep-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
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
Superradiant Instability and Backreaction of Massive Vector Fields around Kerr Black Holes
我们研究的增长和饱和的超辐射不稳定性的复杂，大质量的矢量（Proca）场，因为它提取的能量和角动量从旋转的黑洞，使用数值解的完整的爱因斯坦Proca方程。我们集中在一个快速旋转的黑洞（$a=0.99$）和占主导地位的$m=1$方位角模式的Proca场，与实部和虚部的字段选择产生一个轴对称的应力-能量张量，因此，时空。我们发现超过$9\%$的黑洞的质量可以转移到场中。在所有研究的情况下，当黑洞的视界频率降低到与黑洞周围自发形成的Proca云的频率相匹配时，超辐射不稳定性平稳地饱和。
2017-06-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
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 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
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
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 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
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
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
Spontaneous quantum superradiant emission in atomic Bose-Einstein condensates subject to a synthetic vector potential
本文从理论上研究了原子玻色-爱因斯坦凝聚体中声子对的自发量子辐射。在模拟引力的视角下，这种效应对应于旋转黑洞能面上辐射的自发发射。一个一般的输入输出形式主义的建立和使用的光谱和相关特性的发射。在原子气体的关联函数中指出了实验上可获得的发射信号。
2021-05-09 cond-mat.quant-gas gr-qc
Superradiant growth anomaly magnification in evolution of vector bosonic condensates bounded by a Kerr black hole with near-horizon reflection
本文研究近视界反射对 Kerr 黑洞周围超轻矢量凝聚体演化的影响，解析推导修正谱与超辐射速率，揭示高自旋情形下反射导致的增长异常及其放大机制和引力波形变。
2025-01-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
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
Dark magnetohydrodynamics: Black hole accretion in superradiant dark photon clouds
本研究将广义相对论磁流体动力学方程扩展至暗光子成分，通过全数值相对论求解耦合系统，首次探讨了超辐射暗光子云与黑洞吸积流的相互作用，发现耦合强度会增强风发射并引发盘内振荡模式。
2024-06-05 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
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
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$(\mathcal{M}…
2016-08-05 gr-qc math-ph math.AP
Superradiant dark matter production from primordial black holes: Impact of multiple modes and gravitational wave emission
本文研究旋转原初黑洞通过霍金辐射、超辐射不稳定性和UV冻结产生重玻色子暗物质，发现第二超辐射模式不会进一步提高丰度，而引力波发射会显著削弱甚至逆转超辐射增强效应。
2025-09-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The problem with Proca: ghost instabilities in self-interacting vector fields
大规模矢量场在粒子物理学的几个领域中发挥作用，例如，作为弱相互作用、暗物质候选者的载流子，或者作为等离子体中光子的有效描述。在这里，我们调查与自相互作用的矢量场取代质量项的Proca方程与一般的潜力。我们表明，这种看似良性的修改不可避免地引入了鬼不稳定性，最近确定的矢量张量理论的修改引力（但在这个更简单，最低限度的耦合理论）。有人建议，非微扰动力学可以驱动系统远离这种不稳定性。我们证明，这是不是这样的情况下，通过不断发展的自相互作用Proca场的克尔背景下，它的增长，由于超辐射不稳定性。系统最初的演化过程与大质量系统相同，但一旦自相互作用变得显著，不稳定性就会在有限的时间内被触发。这些不稳定性对大质量、自相互作用矢量玻色子凝聚体的形成、自旋为1的玻色子的可能性、矢量暗物质模型以及等离子体中相互作用光子的有效模型都有影响。
2022-10-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Constraints on the ultralight scalar boson from Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs using the stochastic gravitational-wave background
超轻玻色子是有希望的暗物质候选者，可以触发旋转黑洞（BH）的超辐射不稳定性，导致BH周围长时间旋转的“玻色子云”，并通过单色引力波（GW）的发射耗散它们的能量。我们专注于标量玻色子最低限度地耦合到孤立的恒星起源BH（SBH）和他们的二元合并残留物，并进行贝叶斯数据分析，以搜索随机GW背景的所有不稳定模式，可以触发超辐射不稳定性使用先进LIGO和先进处女座的前三次观测运行的数据。我们没有发现这样的信号的证据，因此排除了标量玻色子的质量范围内的$[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
Kerr black holes with vector dark matter hair
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
该研究在克尔黑洞背景下引入矢量暗物质浴，分离并求解扰动方程，发现黑洞周围形成特定密度尖峰，存在超辐射提取质量机制，还对比了标量场结果并讨论与超辐射不稳定性的混合。
2026-08-04 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 evolution of the shadow and photon ring of Sgr A$^\star$
超轻玻色子可以通过超辐射不稳定性影响自旋黑洞（BH）的动力学，从而导致超大质量BH阴影的时间演化。我们研究的前景见证超辐射诱导BH阴影的演变，考虑超轻矢量和张量场。我们引入了两个观测敏感的阴影时间演化：阴影漂移，并在与光子环自相关的方位角的变化。这两个观测量是高度互补的，这取决于观察者的倾角。专注于超大质量物体Sgr A $^\star$，我们表明，这两个观测值可以在几年的时间尺度上明显变化，在超辐射不稳定的存在下，导致签名，这是在现实的观测时间内的事件视界望远镜的范围内（但受益显着延长观测期），并铺平了道路，探测超轻玻色子在$\sim 10^{-17}\,{\rm eV}$质量范围。
2022-08-24 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Constraining strongly-warped extra dimensions with rotating black holes
Instituto de Fisica Teórica, UAM-CSIC（理论物理研究所，UAM-CSIC）；Departamento de Física Teórica, Universidad Autónoma de Madrid（理论物理系，马德里自治大学）
通过旋转黑洞对强扭曲额外维度的约束，研究超轻自旋2场的超辐射不稳定性及其对扭曲参数的影响。
2026-03-11 gr-qc hep-th
Superradiant Instability of Magnetic Black Holes
本文研究带磁荷旋转黑洞的超辐射不稳定性，发现其不稳定性时标远短于中性黑洞，确定沿旋转轴延伸的南北单极子模式为最不稳定模式，同时证实带电无质量场无此类不稳定性。
2024-11-05 gr-qc hep-th
Superradiance in rotating stars and pulsar-timing constraints on dark photons
在存在大量玻色子自由度的情况下，旋转超辐射可以引发一种不稳定性，使黑洞向下旋转。这导致了自旋质量平面中特殊的引力波特征和分布，这反过来又可以对超轻场施加严格的限制。在这里，我们证明，有一个类似的自旋效应进行明星。我们表明，旋转的恒星放大低频电磁波，这种效果是最大的恒星内的传导时间尺度的顺序是光穿越时间。这对暗光子有着有趣的影响，因为大质量的暗光子会导致恒星由于超辐射不稳定性而自旋下降。自旋下降的时间尺度取决于暗光子的质量，以及恒星的旋转速率、致密性和导电性。现有的测量自旋下降率的恒星放置直接限制模型的黑暗部门。我们的分析表明，质量为$m_V \sim 10^{-12}$ eV的暗光子被排除在脉冲星定时观测之外。这些限制也排除了暗光子引发的超辐射不稳定性，作为对观测到的双星自旋极限的解释。
2017-04-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Acoustic quasibound states and tachyonic instabilities from binary Bose-Einstein condensates
本文研究双组分BEC涡旋中由正、负质量平方模式诱导的超辐射与快子不稳定性，揭示其与标量-张量引力中Kerr黑洞不稳定机制的类比，并提出未来模拟实验实现方案。
2024-08-01 cond-mat.quant-gas gr-qc
Ergoregion instabilities in rotating two-dimensional Bose--Einstein condensates: new perspectives on the stability of quantized vortices
本文研究了二维玻色-爱因斯坦凝聚体中涡旋的稳定性。在类比旋转时空和仔细考虑边界条件，我们表明，动力学不稳定性的多重量子化的旋涡被困凝聚体中持续在未被困，空间均匀的几何形状，并具有ergoregion性质与一些修改由于特殊的分散体的Bogoliubov声音。我们的研究结果打开了新的视角，在被困凝聚体中的涡旋物理，其中多重量子化的涡旋可以稳定的干扰效应和单电荷的涡旋可以变得不稳定，在适当设计的陷阱电位。我们展示了如何超辐射散射也可以观察到在动态不稳定系统的短时间动态，提供了一个替代的观点在空间有限系统的动态（在）稳定现象。
2020-06-27 cond-mat.quant-gas gr-qc
Black hole superradiant instability from ultralight spin-2 fields
超轻玻色子场是引人注目的暗物质候选者，并出现在各种超越标准模型的场景中。这些场可以通过超辐射不稳定性从旋转的黑洞中获取能量和角动量，在此期间，宏观玻色子凝聚体在黑洞周围发展。这一现象的显著特征包括天体物理学上黑洞的自旋质量分布中的空隙和凝聚体发射的连续引力波GW信号。到目前为止，这些过程已经在标量场中得到了详细的研究，最近又在矢量场中得到了研究。在这里，我们在黑洞超辐射计划中迈出了重要的一步，通过计算，分析，不稳定的时间尺度，直接GW发射和随机背景，在大质量张量的情况下（即，自旋- $2$）字段。我们的分析是有效的任何黑洞自旋和小玻色子质量。大质量自旋$2$场的不稳定性与标量场和矢量场的不稳定性有一些共同的性质，但其现象学要丰富得多，例如存在具有可比不稳定性时间尺度的多个模式，并且主导GW信号是十六极而不是四极。对质量范围为$M\in(1,10^{10})M_\odot$的自旋黑洞的电磁观测和GW观测可以将假定的自旋- $2$场的质量约束在$10^{-22} \lesssim m_b\,{\rm c^2/eV} \lesssim 10^{-10}$范围内。对于$10^{-17}\lesssim m_b\,{\rm c^2/eV}\lesssim 10^{-15}$，空间任务LISA可以检测到红移为$z=20$甚至更大的源的连续GW信号。
2020-06-03 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Black holes with a single Killing vector field: black resonators
我们在四维空间中数值构造了只包含一个Killing矢量场的渐近反德西特（AdS）黑洞。这些解决方案，我们硬币黑色谐振器，链接的超辐射不稳定性的克尔-AdS的非线性弱湍流不稳定性的AdS的超辐射不稳定性的发病连接到光滑，horizonless几何称为geons。此外，他们证明了非唯一性的Kerr-AdS共享渐近收费。当黑色共振器与Kerr-AdS共存时，我们发现黑色共振器具有更高的熵。尽管如此，我们表明，黑色谐振腔是不稳定的，并评论的影响，为终点的超辐射不稳定性。
2015-05-18 gr-qc hep-th
Ergoregion instabilities in rotating two-dimensional Bose--Einstein condensates: new perspectives on the stability of quantized vortices
本文研究了二维玻色-爱因斯坦凝聚体中涡旋的稳定性。在类比旋转时空和仔细考虑边界条件，我们表明，动力学不稳定性的多重量子化的旋涡被困凝聚体中持续在未被困，空间均匀的几何形状，并具有ergoregion性质与一些修改由于特殊的分散体的Bogoliubov声音。我们的研究结果打开了新的视角，在被困凝聚体中的涡旋物理，其中多重量子化的涡旋可以稳定的干扰效应和单电荷的涡旋可以变得不稳定，在适当设计的陷阱电位。我们展示了如何超辐射散射也可以观察到在动态不稳定系统的短时间动态，提供了一个替代的观点在空间有限系统的动态（在）稳定现象。
2020-06-30 cond-mat.quant-gas gr-qc
Time evolutions of scalar field perturbations in $D$-dimensional Reissner-Nordström Anti-de Sitter black holes
Reissner-Nordström Anti-de Sitter（RNAdS）黑洞在带电标量场扰动下是不稳定的，这是由于著名的超辐射现象引起的。本文给出了一般尺度下RNAdS黑洞背景中带电标量场扰动的时域分析。我们证明了带电标量场的不稳定性可以从演化的标量场的时间剖面得到明确的解释。利用Prony方法对时间演化数据进行拟合，从频域分析中确认了主导标量场长时间行为的模与准正规模一致。通过比较主模的实部与带电标量场的超辐射条件，也可以论证不稳定性的超辐射来源。结果表明，所有的不稳定模式都是超辐射的，这与频域分析的结果是一致的。此外，我们还证实了在RNAdS情形中存在快速指数增长模，这使得RNAdS黑洞成为研究超辐射不稳定性非线性演化的良好实验场.
2016-04-05 gr-qc hep-th
