扩展Vaidya时空中的引力塌缩及其试探粒子运动的研究

Until now, most of discussions for gravitational collapse are based on the Einstein gravity. Due to these collapse processes occur on the large scale, it is more reasonable to explore these processes in modified gravity. In this project, we discuss the couplings of various matter fields and modified gravity to obtain the generalized Vaidya collapse solutions. These investigations are expected to shed light on a better understanding of Cosmic Censorship Hypothesis and gravitational waves. The detail contents include: .(1) Using the symmetry assumption for metric, we obtain some exact collapse solutions in dRGT gravity( modified gravity). By applying the conformal Carter-Penrose Diagrams and some local frame to understand the causal structure of the generalized Vaidya spacetime, we discuss the thermodynamics and phase transition of dynamical black hole. .(2) By comparing the developments of trapped surface and central singularity during the collapse, we study the final state of collapse of matter fields in Einstein gravity and dRGT gravity to test the Cosmic Censorship Hypothesis. .(3) The gravitational waves from motion of particle has the ability, in principle, to reflect the properties of matter field and background of gravity. We will explore the particle orbiting dynamical black hole in generalized Vaidya spacetime.

目前，关于引力塌缩机制的大部分研究都基于爱因斯坦引力框架下进行。考虑到引力塌缩现象基本都发生在宇宙大尺度上，采用与之相洽的引力修正理论框架来研究该过程显得更加合理。本项目中，我们考虑引力修正理论与不同物质场耦合，建立描述引力塌缩的扩展Vaidya塌缩模型，为研究宇宙监督假设和引力波等提供重要理论依据。具体研究内容包括：.（1）利用对称性度规，我们在dRGT引力理论（引力修正理论）背景下构造扩展Vaidya塌缩解。然后应用共形卡特-彭罗斯图和局域标架等方法分析扩展Vaidya时空结构，并讨论动态黑洞的热力学性质及相变。.（2）通过比较表观视界与奇点在初始时刻的形成特点，分析爱因斯坦引力和引力修正理论背景下的引力塌缩的最终态，进一步检验宇宙监督假设。.（3）由于粒子运动产生的引力波原则上能够反映塌缩物质场和引力背景的性质，我们分析扩展Vaidya时空中动态黑洞附近粒子的运动。

本项目介绍一种引力修正理论——dRGT引力理论框架下研究黑洞解的构造，黑洞的热力学和动力学性质等相关性质。该引力理论作为一种重要的无鬼非线性有质量力，能在大尺度上引起宇宙的加速膨胀，是一种潜在的描述暗能量的引力理论。我们首先考虑爱因斯坦引力模型外加Quintessence物质场，构造黑洞解并分析该黑洞的热力学性质。然后通过设定参考度规来简化dRGT引力场方程的求解过程，得到了高维AdS和Born-Infeld-AdS黑洞解。通过分析这些黑洞的热力学性质，揭示了类范德瓦尔斯相变和凹角相变的存在。其次，我们又引入了试探标量场扰动来分析dRGT引力背景下的四维带电反德西特黑洞的动力稳定性，发现似正规模的数值变化能够反映大黑洞与小黑洞之前的热力学相变和动力学稳定性能存在很好的对应。此外，利用Kubo方法计算dRGT引力下四维带电反德西特黑膜(k=0)的粘滞系数与熵密度比值η/s，发现该比值在dRGT引力下具有特殊的行为。最后我们考虑标量张量耦合理论下的三维带电发德西特黑洞并分析了该黑洞的热力学性质。随后研究了该黑洞背景下光子的测地线运动的特点，这些为分析dRGT背景下的黑洞的测地线性质提供技术手段。项目资助正式发表SCI论文6篇。.