Superradiancia en agujeros negros cargados

Abstract

El fenómeno de superradiancia en agujeros negros consiste en la absorción de información en forma de paquetes de onda, y al mismo tiempo la emisión de energía en forma de ondas planas monocromáticas por parte del agujero negro. Se investigó este fenómeno para campos escalares con carga cuando se coloca un espejo semiesférico concéntrico a un agujero negro estático y con carga. Se considera el sistema agujero negro-espejo inmerso en un baño térmico a una temperatura distinta a la del agujero negro. En primera instancia, se resolvió la ecuación de Klein-Gordon mínimamente acoplada para un campo escalar cargado en espacio curvo, dado por la métrica de Reissner-Nordström, obteniendo la condición de superradianza en el horizonte. Luego, se cuantizó el sistema teniendo en cuenta que el baño térmico sigue la estadística de Bose-Einstein y se calculó, mediante el tensor energía-momento del campo, el empuje total producido cuando los modos escalares emitidos por un agujero negro superradiante son reflejados por el espejo semiesférico. La forma que tiene el sistema junto al empuje obtenido nos permite describir este resultado como un "cohete superradiante de agujero negro'' (o simplemente cohete de agujero negro), el cual es resultado de un fenómeno clásico (superradianza) y no de un fenómeno cuántico (radiación Hawking) como se ha estudiado en la bibliografía. Por último, se analizaron numéricamente los resultados obtenidos tanto por la dispersión de un campo escalar como por el cohete de agujero negro en el baño térmico. En el caso de un campo escalar, obtenemos numéricamente las soluciones radiales que satisfacen las condiciones de contorno, luego proponiendo algunos valores para el campo incidente se observa una diferencia de comportamiento cerca del horizonte exterior del agujero negro (donde ocurre o no la superradianza). A partir de estos resultados, se determina la fuerza total del cohete de agujero negro en la cual se observa un pico para cierto valor del impulso k, donde existe una divergencia debido a la distribución de Bose-Einstein utilizada y que debe seguir siendo estudiada. Además, concluimos que la fuerza total obtenida es una primera aproximación y que para obtener un buen valor cuantitativo debe mejorarse en particular la aproximación numérica realizada sobre el índice azimutal cuántico m, ya que esta falla para ciertos valores.