Properties of near-horizon geometry of spacetimes

Abstract

Oblasti poblíž horizontů černých děr se v poslední době těší velké oblibě nejen pro svou roli v AdS/CFT korespondenci, ale také díky své geometrii vhodné pro formulaci teorému o jed- noznačnosti řešení ve vyšších dimenzích. V blízkosti horizontů černých děr dochází k mnoha zajímavým jevům i čistě z pohledu obecné teorie relativity. Tato práce zkoumá, jak multiplicita ho- rizontu ovlivňuje blízkohorizontovou geometrii, geodetickou vzdálenost, radiální pohyby nulových a hmotných nabitých částic či možnosti kolizních procesů vedoucích k neomezené kolizní energii v blízkosti horizontu. My jsme si zvolili Reissnerovu-Nordströmovu-de Sitterovu metriku, která je na jedné straně jednoduchá díky své statičnosti a sférické symetrii, ale na druhé straně je dostatečně bohatá a umozňuje existenci až dvojnásobně degenerovaného ultra-extrémního horizontu. Po dis- kuzi fyzikálnosti blízkohorizontové limity studujeme blízkohorizontovou geometrii jednoduchého, dvojného i trojného horizontu, jejich podobnosti a odlišnosti. Nalezli jsme souřadnicové systémy pokrývající všechny typy horizontů a analytické řešení pohybů radiálních nulových, speciálních nebo kritických částic nejenom v jejich blízkosti. Zabývali jsme se...

Nowadays, the near-horizon regions of black holes have enjoyed great attention thanks to their role in the popular AdS/CFT correspondence and their specific geometry suitable for formulations of uniqueness theorems in higher dimensions. A strictly general-relativistic point of view reveals also many interesting phenomena taking place near black-hole horizons. Our aim was to investigate how horizon multiplicity affects near-horizon geometry, geodesical distance, radial motion of photons and massive, charged particles, and also the possibility of collision processes leading to unbound collision energies near the horizon. We chose the Reissner-Nordström-de Sitter metric, which, on the one hand, is simple thanks to being static and spherically symmetric but which, on the other hand, is rich enough to enable the existence of up to a doubly degenerate ultra-extreme horizon. After discussing the physical feasibility of the near-horizon limit, we applied it to single, double, and triple horizons, their near-horizon geometries, and local collision processes. We found continuous coordinate systems covering all types of horizons and analytic solutions for motion of radial photons and special or critical, massive, charged particles in their vicinity. We addressed particle collisions in the immediate vicinity of horizons...