On the Solution to the "Frozen Star" Paradox, Nature of Astrophysical Black Holes, non-Existence of Gravitational Singularity in the Physical Universe and Applicability of the Birkhoff's Theorem
Oppenheimer和Snyder在1939年发现真空中的引力坍缩产生了一颗“冰冻星”，即，坍缩的物质只是渐近地接近质量的引力半径（事件视界），但对于外部观察者来说，在有限的时间内从未穿过它。基于我们最近发表的关于外部观测者在物理宇宙中的引力坍缩问题的文章，本文报道了以下结果：（1）物质确实可以在有限时间内落过事件视界，因此物理宇宙中的黑洞不是“冻结星”而是在引力坍缩中形成的。(2)落入天体物理学黑洞的物质永远不可能到达确切的中心;物质的确切内部分布取决于坍缩过程的历史。因此，引力奇点在物理宇宙中并不存在。(3)任何半径处的度量都由物质的全球分布决定，即，不仅是在给定半径内的物质，甚至在球对称和无压的引力系统中。这与牛顿引力理论和对Birkhoff定理的一般理解有着本质的区别。对于外部观察者来说，这个结果并不符合“Lemaitre-Tolman-Bondi”解。
2010-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Black hole formation in gravitational collapse and their astrophysical implications
D.D.U.Gorakhpur University（德·德·古尔哈普尔大学）；Durban University of Technology（德班理工大学）；Pacif Institute of Cosmology and Selfology (PICS)（帕西夫宇宙学与自我学研究所）
本文研究了引力坍缩中黑洞形成的过程，并通过数值和图形方法分析了大质量恒星的寿命与其质量的关系。
2023-10-26 gr-qc
Trust but verify: The case for astrophysical black holes
本文基于2005年SLAC讲座，探讨为何天体物理系统中最致密的大质量天体可用广义相对论的黑洞解（如Schwarzschild解和Kerr解）描述，并结合引力坍缩理论与观测检验，论证黑洞假设的合理性及未来可能的证伪途径。
2024-04-27 astro-ph gr-qc hep-ph
On trapped surface formation in gravitational collapse II
在引力坍缩中，为了避免形成陷阱面，在满足弱能量条件的情况下，允许压力为负，在此基础上，我们讨论了在这个方向上的其他几种类似的尝试。某些天体物理方面指出，对检查物理实现这样一种可能性，在现实的引力坍缩。
2007-11-03 astro-ph gr-qc hep-th
Generating Anisotropic Collapse and Expansion Solutions of Einstein's Equations
得到了各向异性压力下的解析引力坍缩和膨胀解。通过要求热流标量为零，找到了度量函数。事实证明，单个函数会生成各向异性解。每个生成函数包含一个任意的时间函数，可以选择它来拟合不同的天体物理时间剖面。提供了两个例子：一个有界坍缩度规和一个膨胀宇宙学解
2013-09-27 gr-qc
Core-collapse supernovae and supernova neutrinos
Monash University（莫纳什大学）
本文概述了核坍缩超新星的现代理论，重点讨论了中微子和多维流体动力学在驱动爆炸中的作用，以及核物理和中微子相互作用率的关键影响。
2026-05-26 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravothermal Catastrophe, an Example
本文讨论了天体物理系统中的重力热灾变，并给出了一个具有许多灾变性质的解析坍缩解。该系统坍缩成一个被捕获的表面，向外辐射的能量辐射到未来的边界，并提供了一个灾难性坍缩的例子。
2010-08-03 gr-qc
Spherical gravitational collapse and electromagnetic fields in radially homothetic spacetimes
我们考虑一个球对称的，彼得罗夫型D，时空与超曲面正交，径向，位似的Killing向量。在这项工作中，这个时空的非奇异和非退化数据的一些一般性质。我们还提出了在这个时空中的无源电磁场。然后，我们讨论了一般的天体物理相关的结果，获得了这个时空。
2002-10-01 astro-ph gr-qc
Relativistic Gravitational Collapse by Thermal Mass
重力和热能是宇宙现象，它们对天体物理系统的稳定性起着竞争作用。前者诱导向内的压力驱动崩溃和后者稳定的向外的压力所产生的随机运动和能量分散。既然收缩的自引力系统被加热，人们可能会想，为什么引力坍缩不是在所有情况下都在足够高的温度下停止，从而建立重力-热平衡或爆炸。在这里，基于质量和能量之间的等价性，我们表明，总是存在一个温度阈值，超过该阈值，引力的热能克服其稳定的压力和系统崩溃的重量下，其自身的热量。
2020-12-18 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Globally visible singularity in an astrophysical setup
研究了球对称无压云的引力坍缩终态奇点的全局可见性。我们表明存在一个非零的测量参数集：总质量和坍缩云的初始平均密度，从而产生一个物理上强大的全球可见的奇点作为一个固定的速度函数的最终状态。这样一个集合的存在表明，这种奇异性是稳定的，在小扰动的初始数据，导致其存在。无论是边际约束还是非边际约束，情况都是如此。在天体物理学设置中存在这样的合适的参数的可能性，然后研究：$1)$的奇点的要求在M87星系的中心和我们的星系（SgrA*）的中心是全球可见的讨论方面的坍缩云形成他们的初始大小，假设这样的奇点是由于引力坍缩形成的。$2)$讨论了在物质辐射相等之后的物质支配时代，由于从背景宇宙脱离后的坍缩组态而形成的原始奇点必须是全局可见的。$3)$考虑了中子星在达到临界质量后的坍缩，这是通过吸积其双星伴星核心祖先排出的超新星喷出物实现的。本文的主要目的是表明，全球可见的奇点可以形成在天体物理设置在适当的情况下。
2021-03-12 gr-qc
Gravitational Collapse: The Story so far
当今引力理论和相对论天体物理学中的一个突出问题是理解无休止的引力坍缩的最终结果。当质量比太阳质量大几倍的恒星在耗尽核燃料后在自身引力作用下坍缩时，就会发生这种连续坍缩。根据广义相对论，这会导致一个黑洞，或者一个裸奇点--它可以与宇宙中遥远的观察者进行交流。虽然黑洞（几乎）被发现，并越来越多地用于模拟高能天体物理现象，裸奇点已成为一个积极讨论的话题，旨在了解它们的结构和含义。最近的事态发展在这里进行审查，指出未来的方向。
2000-06-29 gr-qc hep-ph
Multimessenger Analysis Strategy for Core-Collapse Supernova Search: Gravitational Waves and Low-energy Neutrinos
核心坍缩超新星是多信使研究的迷人天体物理对象。引力波（GW）预计将在超新星爆炸机制中发挥作用，但由于动力学的随机性和大量可能的祖先，它们的建模也具有挑战性，此外，这些物体的GW检测仍然是难以捉摸的已经先进的探测器。在核塌缩爆炸过程中会产生大量的低能中微子，这些中微子有助于引力波的对应搜索。在这项工作中，我们开发了一个多信使的战略，以寻找这样的天体物理对象，利用全球网络的低能中微子和引力波探测器。首先，我们讨论了如何提高中微子子网络的检测潜力，利用从核心坍缩超新星的中微子爆发的时间行为。我们表明，与所提出的方法中微子探测器可以获得至少$10\%$的检测效率在距离，其效率下降。然后，我们结合GW和中微子提供的信息在一个多信使策略。特别地，当仅使用GW分析到$\sim 33\%$时，我们利用我们的组合GW- $ν$方法获得了从零开始在$60$ kpc处检测来自CCSN的GW信号的概率的增加。关键词：多信使、超新星、核心坍缩、低能中微子、引力波。
2021-11-09 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A Model of the Stochastic Gravitational-Wave Background due to Core Collapse to Black Holes
由天体物理源产生的引力波的叠加将产生随机引力波背景。我们主要研究宇宙中恒星核坍缩事件中产生的黑洞衰荡产生的背景。我们系统地研究了这个模型的参数空间，包括最新的信息，恒星形成率和人口的黑洞的红移和金属丰度的函数。我们研究了这种引力波背景对即将到来的引力波探测器，如先进的LIGO和爱因斯坦望远镜的可访问性。
2015-06-08 astro-ph.HE gr-qc
Neutron star heating constraints on wave-function collapse models
自发波函数坍缩模型，如连续自发局域化，被设计用来抑制宏观叠加，同时保留微观量子现象。坍缩模型的一个可观测的结果是大质量物体的自发加热。在这里，我们计算了天体的湍流加热率，以及相应的平衡温度。我们将这些结果应用于中子星，宇宙中重子物质的致密相。更强的塌缩模型参数意味着更大的加热，使我们能够获得竞争力的边界模型参数使用中子星观测数据，并提出投机边界的基础上，目前和未来的天文调查的能力。
2019-08-26 astro-ph.HE gr-qc quant-ph
Black hole formation from the gravitational collapse of a non-spherical network of structures
我们研究的引力坍缩和黑洞形成的多个非球形配置构造的Szekeres尘埃模型具有正的空间曲率，顺利地匹配到史瓦西外部。这些配置是由一个几乎球形的中心核心区域包围的网络的“煎饼状”的超密度和空隙的空间位置规定通过标准的初始条件。我们表明，一个完整的崩溃成一个聚焦奇点，没有壳交叉出现之前形成的一个明显的地平线，是不可能的，除非完整的配置成为完全或几乎球形。为了寻找黑洞的形成，我们要求壳层穿越被视视界所覆盖。这需要非常特殊的微调初始条件，对总黑洞质量和完全坍缩时间施加非常强和不切实际的约束。因此，非球形非旋转尘埃源不能提供天体物理尺度下黑洞形成的最低限度的真实玩具模型：要求真实的坍缩时间尺度产生巨大的不切实际的黑洞质量，而典型天体物理黑洞质量的模拟在不切实际的小时间内坍缩。然而，我们注意到，由此产生的时间-质量约束是兼容的早期宇宙模型的原始黑洞的形成，适合在早期的尘埃样环境。最后，我们认为，壳交叉时出现的非球形尘埃结构崩溃是一个指标，这种结构不形成星系质量黑洞，但维里化成稳定的静止物体。
2018-05-21 astro-ph.GA gr-qc
A New Open-Source Nuclear Equation of State Framework based on the Liquid-Drop Model with Skyrme Interaction
稠密物质状态方程是数值模拟核心坍缩超新星和中子星合并的重要组成部分。接近和高于核饱和密度的物质的性质是不确定的，这转化为天体物理模拟及其多信使签名的不确定性。因此，跨越核相互作用的允许范围的广泛的EOS是必要的，以确定这些天体物理现象的敏感性和它们的签名输入微物理的变化。我们提出了一套新的有限温度EOS实验允许Skyrme力的基础上。采用核的液滴模型来捕捉处于亚饱和密度的核物质的非均匀相，并将其混合到较低密度的核统计平衡状态方程中。我们还提供了一个新的开源代码，用于计算任意Skyrme参数化的EOS。然后，我们研究了不同的Skyrme参数化对致密天体物理性质的影响，中子星的质量-半径关系，以及15和40太阳质量恒星的核心坍缩。
2017-07-28 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
A black hole mass threshold from non-singular quantum gravitational collapse
量子引力有望消除作为引力坍缩终态出现的经典奇点。为了研究这一点，我们使用了一个坍缩的均匀标量场的玩具模型。我们证明了圈量子引力的非微扰半经典效应引起了反弹并消除了黑洞奇异性。此外，我们还发现了一个临界阈值尺度，在这个尺度之下，视界不可能形成--量子引力可能排除非常小的天体物理学黑洞。
2005-07-13 astro-ph gr-qc hep-th
Astrophysical and cosmological scenarios for gravitational wave heating
本文扩展了引力波穿过粘性物质壳层时加热流体的先前模型，分析了双中子星合并、核心坍缩超新星及原初引力波等天体物理与宇宙学场景下的引力波加热与阻尼现象。
2024-07-24 gr-qc
Gravitational collapse for a radiating anisotropic fluid
感兴趣的辐射星的崩溃，我们研究的热通量和体积粘度，包括各向异性压力的流体的时间演化。作为一个起点，我们采用一个初始配置，满足的质量条件以及能量条件的质量半径比的恒星的一定范围内，定义可接受的模型。对于这组模型，我们验证了能量条件保持满足，直到黑洞形成。给出了与天体物理有关的物理量，如观测者在无穷远处所感知的光度、事件视界形成的时间和坍缩过程中的质量损失。
2018-11-26 gr-qc
Gravitational wave interactions with a viscous fluid: Core collapse supernova, binary neutron star merger, and accretion around a black hole merger
Rhodes University（罗德斯大学）；National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)（国家理论与计算科学研究所）；University of South Africa（南非大学）；Luleå tekniska universitet（吕勒奥理工学院）
研究引力波与粘性流体的相互作用，探讨其在核心塌缩超新星、双中子星并合及黑洞并合吸积中的物理影响，发现引力波衰减和加热效应显著增强，可能引发伽马射线暴。
2026-03-25 gr-qc
Incompressible fluid inside an astrophysical black hole?
在自然假设下，中子星坍缩后形成的黑洞中的费米子可以形成不可压缩流体（远早于达到普朗克尺度），导致整数量子霍尔效应的某些特征。分析了它与黑洞熵的关系。从量子霍尔效应出发，结合爱因斯坦方程，分析了耦合问题。与一些宇宙学的情况下，与更高的维度量子霍尔效应的连接，简短地指出。
2007-08-29 astro-ph cond-mat.mes-hall gr-qc
Gravitational collapse of Bose-Einstein condensate dark matter halos
我们研究了由零温含时非线性薛定谔方程（Gross-Pitaevskii方程）描述的玻色-爱因斯坦凝聚体暗物质晕的引力坍缩机制。利用变分方法，通过选择合适的试探波函数，将球对称的Gross-Pitaevskii方程转化为有效势中粒子的牛顿运动方程，有效势分别由零点动能、引力能和粒子间相互作用能决定.冷凝物的速度与径向距离成比例，具有时间依赖的比例函数。用解析和数值方法研究了坍缩暗物质凝聚体的运动方程。凝聚体的坍缩以稳定构型的形成而结束，对应于有效势的最小值。得到了产生的暗物质天体的半径和质量，以及凝聚体的坍缩时间。这些全球天体物理量的数值，表征凝聚的暗物质系统，强烈依赖于两个参数描述的凝聚，质量的暗物质粒子，和散射长度，分别。研究了凝聚体在小扰动下的稳定性，得到了晕的振荡频率。因此，这些结果表明，凝聚的暗物质晕的引力坍缩可以导致形成稳定的天体物理系统的星系和恒星的大小。
2014-04-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Anisotropic Gravitational Collapse and Cosmic Jets
考虑一个动态的广义相对论时空，其中沿一个空间坐标方向的真无穷小间隔随时间单调减小，而相应的间隔沿其他空间方向增加。在这样一个系统进行完全各向异性的崩溃/膨胀，我们寻找宇宙双喷流配置的形成：在周围介质中的自由测试粒子，相对于坍缩系统，从引力场获得能量，并渐近排队平行和反平行的崩溃方向，使他们的洛伦兹因子接近无穷大。如果一些自由试验粒子带有电荷，则预计伴随着这一事件的电磁辐射的强烈爆发。以前在这个方向上的工作主要涉及里奇平坦时空，因此，我们在这里集中在非均匀完美流体时空。我们简要地探讨这些理论宇宙喷流和天体物理喷流之间的可能联系。我们还讨论了宇宙喷流形成的其他广义相对论的情况。
2017-09-25 astro-ph.HE gr-qc
Key problems in black hole physics today
本文综述了当前黑洞物理学中的一些主要问题和挑战，以及当前的进展。本文指出，要为黑洞物理的基础理论和天体物理应用奠定坚实的基础，就必须对这些问题有一个适当的认识。特别是，我们讨论了最近的结果调查的最终命运的大质量恒星的爱因斯坦引力的框架内，和稳定性和通用方面的引力坍缩结果的黑洞和裸奇点。最近的发展，如旋转的黑洞扔到它的物质，和物理效应附近的裸奇点被认为是。指出近年来在引力坍缩理论中所获得的一些新结果，对引力理论的发展和新的天体物理学应用都有着重要的意义。
2011-04-19 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Spacetime Singularities
我们在这里提出了我们的基本理解和爱因斯坦引力理论的时空奇点的最新发展的概述。讨论了与奇点的物理意义和含义有关的几个问题。奇异性的性质和存在被认为是广义相对论所预言的宇宙中超超致密区的形成。这样的奇点在大质量恒星的引力坍缩和宇宙起源的宇宙学中发展。可能的天体物理学意义的时空宇宙中的奇点的发生。我们详细讨论了奇点引起的一些深刻而关键的基本问题，如宇宙的审查和宇宙的可预测性，引力坍缩中的裸奇点及其与当今黑洞物理的关系，以及它们在现代相对论天体物理学和宇宙学中的天体物理意义。
2013-11-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Dynamics of viscous dissipative gravitational collapse: A full causal approach
本文将Misner和Sharp研究引力坍缩的方法推广到粘性耗散情形，包括流出近似和扩散近似。动力学方程，然后耦合到因果运输方程的热通量，剪切和体积粘度，在以色列-斯图尔特理论的背景下，不排除热力学粘性/热耦合系数。结果与以前的作品，这些后来的系数被忽略，粘度变量不被假定为满足因果输运方程。这一结果的一些天体物理方案的应用前景进行了讨论。
2009-03-16 astro-ph gr-qc
Scalar Stochastic Gravitational-Wave Background in Brans-Dicke Theory of Gravity
在Bras-Dicke引力理论中，我们研究了来自天体物理来源的标量随机引力波背景（SGWB），包括致密双星合并和恒星坍缩。与张量波相比，我们发现标量SGWB主要来自恒星坍缩。这些坍缩不仅以更高的天体物理速率发生，而且释放出更多的能量。这是因为，不像张量辐射，这主要是从四极阶开始，标量微扰可以激发的变化，在磁矩。特别是在恒星坍缩成中子星或黑洞的情况下，在低于100 Hz的频率下，记忆效应占主导地位。在低频处，标量SGWB频谱遵循$Ω_\text{S}\propto f^α$的幂律，其中$α= 1$。我们预测$Ω_\text{S}$与$ω_{\rm BD}+2$的平方成反比，其中有$\quad(ω_{\rm BD}+2)^2Ω_S(f=25\,{\rm Hz}) = 2.8\times 10^{-6}$。我们还估计了当前和第三代检测器网络的标量SGWB的可检测性，以及可以从这些观测结果中强加的$ω_{\rm BD}$上的界限。
2018-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Relativistic Tidal Acceleration of Astrophysical Jets
在广义相对论的框架下，我们研究了天体物理喷流相对于中心坍缩位形（“克尔源”）的潮汐加速度。我们始终忽略电磁力。克尔源的静止坐标系是通过源外部时空中的一组假设静态观测者局部定义的。相对于这样一个固定在克尔源旋转轴上的基准观测者，如果喷流粒子的流出速度超过某个阈值（大约是基准观测者位置处牛顿逃逸速度的一半），那么喷流粒子会被潮汐加速到接近光速;否则，粒子会到达某个高度，反转方向并落回引力源。
2020-12-28 gr-qc
Dynamics of dissipative gravitational collapse
本文将Misner和Sharp研究引力坍缩的方法推广到耗散情形，包括流出近似和扩散近似。详细分析了动力学方程中各项的作用。动力学方程，然后耦合到一个因果输运方程的背景下，以色列-斯图尔特理论。流体的惯性质量密度以取决于其内部热力学状态的因子的减小，在任何时间尺度上被重新获得。根据等效原理，对于引力项，得到了相同的减小因子。这一结果的一些天体物理方案的应用前景进行了讨论。
2004-11-02 astro-ph gr-qc physics.space-ph
Radiative Tail of Realistic Rotating Gravitational Collapse
黑洞时空中波动力学的天体物理现实模型必须包含一个具有角动量的非球形背景几何。我们考虑旋转克尔时空中引力（和电磁）微扰的演化。我们表明，一个旋转克尔黑洞变得“秃头”比相应的球对称史瓦西黑洞慢。此外，我们的结果推翻了传统的看法（在过去的三十年中被广泛接受），即引力坍缩的晚期尾部是普遍的。特别是，我们表明，不同的领域有不同的衰减率。我们的结果对无毛猜想和质量暴胀（柯西视界的稳定性）的研究都有重要意义。
2000-01-02 astro-ph gr-qc hep-th
Gravitational collapse of a Hagedorn fluid in Vaidya geometry
本文在Vaidya几何的框架下研究了满足Hagedorn状态方程的高密度零电荷物质流体的引力坍缩。引力场方程的通解可以用精确的参数形式求得。裸奇点的形成条件，作为一个紧凑的对象的崩溃的结果，也进行了研究。对于一个适当的选择的任意积分函数的零径向向外测地线，源于壳聚焦中心奇点，承认一个或多个正根。因此，坍缩的哈格多恩流体最终可能是一个黑洞，也可能是一个裸奇点。一个可能的天体物理应用模型，描述的能量来源的伽马射线暴，也被认为是。
2003-07-14 gr-qc hep-th
Interpreting gravitational-wave burst detections: constraining source properties without astrophysical models
我们发现，对于探测的引力波瞬变，约束可以给出的物理参数的源，而不使用任何特定的天体物理模型。仅仅依靠广义相对论的基本原理，我们就可以仅仅根据观测波形的特征来设定源的大小、质量和距离的上限。如果源的距离是从独立的（例如电磁）观测中得知的，我们也可以设定质量和大小的下限。作为示范，我们测试了这些约束的二进制黑洞信号观测的LIGO和处女座探测器在其第一次和第二次观测运行，以及模拟的二进制黑洞和核心塌陷超新星信号重建模拟探测器数据。我们已经发现，我们的约束条件是有效的所有分析的源类型，但它们的效率（即，有多远，他们是从真正的参数值）强烈依赖于源类型，范围从在同一数量级的几个数量级的差异。在引力波信号在没有波形模板的情况下重建，并且没有关于源的天体物理模型可用的情况下，这些约束提供了可以指导天体物理建模过程的源的唯一定量表征。
2020-04-28 astro-ph.HE gr-qc
Non-singular quantum-inspired gravitational collapse
我们考虑尘埃和辐射的广义相对论均匀引力坍缩。我们表明，取代密度分布与一些量子引力框架合理的有效密度导致避免最终的奇异性。有效密度通过引入各向同性压力作用于坍缩云，该压力在坍缩开始时可以忽略不计，并且在强场区域中变为负的且占主导地位。事件视界永远不会形成，因此坍缩的结果不是一个黑洞，也就是说，没有任何区域与未来的零无限有因果关系地断开。视视界在物体质量超过临界值时形成，在物质密度接近上界且引力变得非常弱时消失（渐近自由态），在反弹后由于物质密度降低而再次形成，并最终在密度变得太低且物质被辐射时消失。探测到来自坍缩天体的高密度区域的辐射的可能性，其中经典地会产生奇点，这可能为实验测试量子引力理论打开一扇新的窗户。
2013-08-06 astro-ph.HE gr-qc
Cold Quark-Gluon Plasma EOS Applied to a Magnetically Deformed Quark Star with an Anomalous Magnetic Moment
本文利用QCD冷等离子体激发的状态方程研究了反常磁矩（AMM）耦合和小形变对夸克星静态扁长核形状的影响。利用从高温低化学势夸克-胶子等离子体环境转移到低温高化学势夸克星核环境的Fogaça QCD激发的状态方程，我们考虑了在TOV方程中引入度规诱导形状形变参数的AMM耦合的影响.物态方程是利用胶子场张量的硬胶子和软胶子分解，使用胶子的平均场有效质量而开发的。AMM被认为是使用狄拉克自旋张量耦合到基于夸克味的磁矩的电磁场张量。形状参数被引入到一个代表扁圆和长扁静态恒星核心的修正TOV方程的度量分析中。这些方程的数值求解的最终质量和半径的国家代表的核心崩溃的大质量恒星的相变导致一个未绑定的夸克-胶子等离子体。我们发现，形状参数和AMM效应的组合可以改变耦合的EOS-TOV方程，导致最终质量的增加和最终赤道半径的减小，而不使核心坍缩成黑洞，也不违反因果关系约束，我们发现最大质量值在2.3太阳质量< M < 2.7太阳质量的范围内。这些状态与一些天体物理学的高质量磁星/脉冲星和重力波系统相一致，这些系统可能为经历了夸克-胶子相变的核心提供证据，如PSR 0943+10和GW 190814事件的次级。
2022-03-15 astro-ph.SR gr-qc nucl-th
Classical collapse to black holes and quantum bounces: A review
在过去的四十年中，已经进行了不同的计划，旨在了解一旦提供了强场区域中引力行为的某些处方，大质量物体的引力坍缩的最终命运。从大多数这些场景中产生的一般图像是，在坍缩结束时的经典奇点被反弹所取代。这种反弹最显著的结果是黑洞视界可能只存在有限的时间。这对天体物理学可能的影响是重要的，因为如果这些模型捕捉到了大质量恒星坍缩的本质，那么天体物理现象中可能隐藏着一个可观测到的量子引力特征。这些模型所暗示的一个有趣的想法是，可能存在高密度和有限大小的奇异紧凑物体，它们可能不被视界覆盖。本文概述了这些崩溃模型的主要特点和一些最相关的开放问题。目的是从天体物理学的角度对该领域的现状提供一个全面的（尽可能多的）概述。作为一个小的额外的，一个新的玩具模型塌缩导致形成一个准静态的紧凑的对象。
2017-05-26 astro-ph.HE gr-qc
General Relativistic Simulations of Accretion Induced Collapse of Neutron Stars to Black Holes
天体物理宇宙中的中子星（NS）通常被吸积盘包围。物质在NS上的吸积可能会使其质量增加到其状态方程所允许的最大值以上，导致其坍缩为黑洞（BH）。在这里，我们第一次研究这个过程，在三维空间，并在充分的广义相对论。通过考虑三个初始NS配置，每一个周围的磁盘（质量约7% M_{NS}），我们调查的吸积盘的影响的动力学的崩溃和它的印记上的引力波（GW）和电磁（EM）的信号，可以由这些来源。我们特别表明，即使GW信号是类似的吸积诱导的崩溃（AIC）和NS在真空中的崩溃（和检测只有银河系源），EM对应物可以让我们区分这两种类型的事件。事实上，我们的模拟表明，虽然NS在真空中的崩溃没有留下明显的重子物质的事件视界外，AIC是由一个阶段的快速吸积幸存的磁盘到新形成的BH。坍缩后的吸积速率约为~10^{-2} M_{sun} s^{-1}，使这些事件成为短伽马射线暴的诱人候选者。
2012-09-21 astro-ph.HE gr-qc
Scalar Gravitational Wave Signals from Core Collapse in Massive Scalar-Tensor Gravity with Triple-Scalar Interactions
大质量标量-张量引力理论中恒星核坍缩过程中的自发标量化在引力波中引入了额外的极化（在正模和交叉模之上），其振幅由几个模型参数决定。因此，对这种标度化引起的引力波形的观测为这些引力理论提供了有价值的探索。考虑到三标量相互作用，我们发现自耦合效应抑制了标量化的幅度，从而降低了相关的引力波信号的幅度。此外，自相互作用的影响，在引力波形被证明是可以忽略不计的，由于分散在整个天体物理远距离传播。因此，在地球上观测到的引力波具有特征性的逆啁啾模式。虽然不是与正在进行的地面探测器，我们说明，标量化引起的引力波可能是可检测的信噪比水平的${\cal O}(100)$与未来的探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器。
2021-06-24 astro-ph.HE gr-qc
Numeric simulation of relativistic stellar core collapse and the formation of Reissner-Nordstrom space-times
利用Einstein-麦克斯韦方程组计算了一组22颗Mo不稳定带电星坍缩的时间演化。该模型模拟了一颗球形恒星的坍缩过程，该恒星在坍缩过程中耗尽了核燃料，并且在其核心具有或获得了净电荷。当荷质比Q/M >= 1时，恒星不会坍缩和扩散。另一方面，观察到不同的物理行为，荷质比1 > Q/ M > 0.1。在这种情况下，坍缩物质形成包围较低密度核心的气泡。我们讨论了这些结果的直接天体物理后果，这是一个更有效的中微子捕获在恒星坍缩和强大的超新星爆炸的替代机制。恒星的外太空-时间是Reissner-Nordstrom解，与我们的内空间数值解光滑匹配，从而坍缩模型形成Reissner-Nordstrom黑洞。
2006-12-12 astro-ph gr-qc
Thermal duality and gravitational collapse in heterotic string theories
E（8）x E（8）和SO（32）杂化弦理论的热对偶性可能支持这样一种机制，即在引力坍缩过程中，下落物质的动能会转化成热弦相区域，从而驱逐引力梯度。这一阶段将是一个金斯堡-朗道类超导体在欧几里德制度的延续。在这种情况下，在引力坍缩中不会产生视界或奇点。解决方案的激发弦真空，可能形成在引力坍缩和驱动器的过渡到热相。提出的机制在这里的情况下，近似球形引力坍缩在4个非紧化时空维。一种方法来调和大熵显然产生在这个过程中与量子力学简要讨论。在这种情况下，经历了极端引力坍缩的恒星或星系核等天体目前正在向这种高温相的壳层转化。注意到这一建议与"防火墙悖论"的关系。
2015-07-04 gr-qc hep-th
Gravitational Collapse in Repulsive $R+μ^4/R$ Gravity
本文给出了球形星在$R+μ^4/R$引力弱场极限下的坍缩条件，并讨论了参数$μ$在理论中产生不同判据的重要性。这些标准被证明是导致各种不同的命运演化的外壳的恒星。此外，我们研究了违反第一结条件的特殊情况，并指出了相应的矛盾正常情况。这些结果表明，引力$R+μ^4/R$理论与一般天体物理学预言的一致性在很大程度上依赖于参数$μ$的采用和第一结条件的满足/违背。对于这些异常结果，必须进行进一步的观察尝试。
2016-10-17 gr-qc
Towards asteroseismology of core-collapse supernovae with gravitational-wave observations - I. Cowling approximation
核心坍缩超新星的引力波是由原中子星及其周围环境（包括激波）中的不同振荡模式激发而产生的。在这项工作中，我们研究的PNS冲击系统的反弹后振荡频谱和观察到的引力波信号从核心崩溃模拟的特征频率之间的关系。这是一个基本的第一步，以制定一个程序来推断天体物理参数的PNS形成的核心塌陷超新星。我们的方法结合了从PNS的振荡谱，通过线性微扰分析背景物理系统，从相应的非线性，核心崩溃模拟的引力波谱的信息。使用的结果从35 $M_{\odot}$前超新星祖先的崩溃模拟，我们表明，这两种类型的光谱确实是相关的，我们能够识别的振荡模式的PNS，即g-模式，p-模式，混合模式，和站立吸积激波不稳定性（SASI）模式，获得一个非常密切的对应关系的时间-频率分布的引力波模式。本文提出的分析提供了一个概念证明，在核心崩溃的情况下，星震学确实是可能的，它可以作为未来工作的基础上PNS参数推断的基础上引力波观测。
2018-07-05 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Universality of the subsolar mass distribution from critical gravitational collapse
利用临界引力坍缩引起的自相似性，研究了日下天体的质量分布。在大质量（太阳质量及以上）的恒星物体的质量分布中出现的形式和参数值有广泛的一致性。在亚太阳质量上，质量分布的定性形式仍然存在相当大的分歧，更不用说表征这种分布的具体参数值了。第一次，临界引力坍缩的范例被应用到几个具体的天体物理方案，以获得强大的太阳下质量分布的定性特征。我们进一步对比这些理论推导的想法与观察的情况。特别是，我们表明，在非常低的质量的分布是由幂律，与指数相反的符号中观察到的高质量政权。这个低质量指数的值原则上可以通过应用于引力坍缩的动力系统理论来计算。理论、数值实验和观测数据之间的定性一致性很好，尽管定量问题仍然很麻烦。
2004-04-21 astro-ph gr-qc
Matter and gravitons in the gravitational collapse
我们考虑引力子在形成黑洞的重子物质坍缩中的作用。我们首先注意到，解释重子产生的（负）牛顿势能的（软壳外）引力子的有效数是守恒的，并且始终符合贝肯斯坦的黑洞面积定律。此外，它们的（正）相互作用能再现了预期的后牛顿修正，并成为系统的总ADM质量的顺序时，坍缩物体的大小接近其引力半径。这一结果支持了这样一种假设：规则重子物质的引力坍缩产生了一个没有中心奇点的微粒黑洞，其中引力子和重子都被边缘束缚，并在临界点形成玻色-爱因斯坦凝聚体。霍金发射的重子和引力子，然后描述的量子耗尽的凝聚体，我们表明这两个能量通量是可比的，虽然可以忽略不计的小天体物理尺度。
2016-06-23 gr-qc hep-th
Properties of Neutron Star Critical Collapses
引力坍缩中的临界现象为广义相对论开辟了一个新的数学前景，并可能最终在观测中产生基本的物理意义。然而，目前，引力坍缩情景中临界现象的动力学在很大程度上仍然是未知的。本论文的目的是了解爱因斯坦场方程在黑洞相和中子星相之间的解空间中的阈值性质，了解中子星临界解的性质，并阐明这些结果在实际天体物理场景中的意义。我们发展了一组新的类中子星的初始数据，建立了中子星临界解的普适性，并通过相空间的研究分析了中子星的结构和类中子星的临界坍缩.通过比较中子星和中子星的初始数据，研究了中子星临界解所涉及的不同时间尺度，分析了临界指数的性质。最后，我们探讨了中子星临界解的吸引域边界及其向一组已知的非临界不动点的过渡。
2010-01-10 gr-qc
Black holes and dark energy from gravitational collapse on the brane
在广义相对论中，无压流体的引力坍缩（奥本海默-斯奈德坍缩）导致黑洞。在膜世界假设中对同样现象的研究表明，坍缩的尘埃球的外部不可能是静止的。我们表明，通过允许压力，流体球的外部可以是静态的。膜上的引力坍缩按照修正后的引力动力学进行，将最初的近似尘埃的结构转变为具有张力的流体。张力来自于能量动量张量中动力学方程的非线性，在广义相对论极限下消失。在地平线以下，张力将恒星转化为暗能量。对于天体物理学上的黑洞来说，这种转变发生在视界之下，而对于中等质量和银河系的黑洞来说，这种转变则远远超出视界。此外，在塌陷期间，能量密度和张力都朝向无穷大值增加。然而，无限的张力无法阻止奇点的形成。
2007-02-22 astro-ph gr-qc hep-th
A generic relation between baryonic and radiative energy densities of stars
本文利用基本的天体物理学概念，证明了对于任何自发光天体，在牛顿极限下，天体内部的辐射能量密度（rho_r）与重子能量密度（rho_0）之比可以粗略地近似为rho_r/rho_0 ~ GM/Rc ^2，其中G是引力常数，c是光速，M是引力质量，R是物体的半径关键的想法是辐射量子必须以扩散的方式向外移动，而不是在恒星体内自由流动。当人们转向极端的广义现实主义情况时，即，当表面引力红移z >> 1时，ρ_r/ρ_0 ~（1+z）。然而，以前关于引力坍缩的研究一般都假设rho_r/rho_0 << 1。另一方面，实际上，在继续广义相对论性引力坍缩到黑洞状态的过程中（z --> infty）时，坍缩物质可能基本上变成极热的火球，就像极早期的宇宙一样，即使由遥远的观测者观测到的天体光度L^ \infty ~（1+z）^{-1} --> 0为z --> infty，而崩溃可能表现为“绝热的”。
2006-02-02 astro-ph gr-qc
Detection regimes of the cosmological gravitational wave background from astrophysical sources
引力波（GW）天文台，如LIGO和下一代干涉探测器，先进的LIGO，包括大质量恒星的核心坍缩和紧凑的恒星残骸合并的最后阶段的关键目标。来自整个宇宙中发生的这些事件的组合GW信号将产生天体物理GW背景（AGB），这与非常早期宇宙过程的GW背景有着根本的不同。人们可以根据各个源的GW排放强度、峰值排放频率、排放持续时间和事件率密度分布，对不同类别的源对AGB的贡献进行分类。本文概述了AGB在当前和计划中的引力波观测站的可探测性机制。我们发现，有两个重要的AGB信号检测制度，我们定义为“连续”和“爆米花噪声”。我们描述了如何“爆米花噪音”AGB制度的演变与观测时间，我们讨论了如何区分这一功能从非常早期的宇宙过程产生的GW背景。
2006-07-04 astro-ph gr-qc
Gravitational Wave Emission From Core-Collapse of Massive Stars
利用最近的一些模型，我们对具有质量的白矮星的核心坍缩（吸积诱导坍缩）、核心坍缩的超新星和超新星以及超大质量恒星（~> 300 Msun）的坍缩进行了估算。我们研究引力波发射机制，使用几种估计技术，包括二维四极波发射的数值计算，估计的棒模强度，估计的r模发射，和估计波从黑洞振铃。我们还审查了相关的崩溃被认为发生的速度，这对它们作为天体物理学来源的相关性有重大影响。虽然最新的超新星祖先模拟产生的核心旋转速度比过去使用的要慢得多，但我们发现，来自核心坍缩超新星的棒模式和r模式不稳定性仍然是LIGO-II的主要候选源之一。白矮星的吸积诱导坍缩（AIC）可以产生类似于核坍缩的引力波信号。在我们所研究的模型中，这种坍缩对于棒模式并不不稳定;我们注意到，刘和林德布洛姆最近研究的模型，角动量稍大，对于棒的形成当然不稳定。由于AIC事件可能比核心坍缩超新星少1,000倍，因此典型的AIC事件将更远，因此观察到的波将更弱。在最乐观的情况下，我们发现有可能从300个Msun第三星族恒星的坍缩中探测到引力波。
2001-09-25 astro-ph gr-qc
Parametric amplification of waves during gravitational collapse: a first investigation
研究坍缩流体星引力场中微扰的动力学演化。具体地说，我们考虑的初始值问题的无质量标量场的时空类似的奥本海默-斯奈德崩溃模型，并在时间数值演化的相关波动方程。我们的主要目标是研究在膨胀宇宙中，已知的导致原始扰动强烈放大的参量放大现象，在引力坍缩过程中是否能有效地起作用。虽然恒星内部随时间变化的引力场原则上可以支持这样一个过程，但我们发现扰动场过早地从恒星中逃逸，放大作用不会变得显著。为了给放大机制（对于标量场）的效率设定一个上限，我们进一步考虑了在整个坍缩过程中被困在恒星内部的扰动的情况。在这种极端的情况下，当恒星即将穿过它的史瓦西半径时，场能量通常会放大~ 1%。当恒星的半径更小时，在后期阶段会观察到显着的放大。因此，从我们的简单模型中得出的结论是，参数放大在引力坍缩中不太可能有意义。进一步的工作，更现实的崩溃模型的基础上，需要充分评估天体物理学的重要性参数放大。
2001-10-22 astro-ph gr-qc
Towards consistent black-to-white hole bounces from matter collapse
本文提出了一个新的模型无关约束弹跳黑洞的几何形状。使用薄壳形式主义，这个约束设置了一个边界上的最小允许半径的类时表面的坍缩恒星在反弹。从这个界限可以看出，壳层总是在一个非俘获区或恰好在一个俘获视界上反弹。这个约束是纯粹的运动学起源，因为它从描述塌陷物体的内部和外部的几何之间的度量的连续性下降，因此它是完全独立于模型的。本文的第二部分研究了奥本海默-斯奈德坍缩的有效扩展可以描述一致的弹跳黑洞解的条件。我们表明，在前面的运动学约束，一个额外的动力学条件必须满足，以便该模型承认定义良好的黑洞到白洞的解决方案。正如预期的那样，第二个条件是依赖于模型的。由此产生的一类模型描述弹跳紧凑的对象的特点是由三个参数的恒星（质量，初始半径和密度）和两个量子参数下降从紫外线完成的外部和内部的几何形状。解空间包含（1）弹跳星和（2）弹跳黑洞和（3）一类新的天体物理物体，它们在弹跳星和弹跳黑洞之间交替。最后，我们提供了一个明确的建设，一个黑到白洞反弹使用空间封闭LQC的技术，并讨论了新的性质所引起的内视界在这个新的框架。这个通用的框架奠定了基础，有趣的现象学调查有关的天体物理性质，这些对象，以及一个新的平台，为进一步的发展。
2020-07-21 gr-qc hep-th
