近地平線メトリック

地平線近傍計量（NHM ）は、ブラックホールのグローバル計量の地平線近傍限界を指します。NHMはブラックホールの形状と位相を研究する上で重要な役割を果たしますが、極限ブラックホールについてのみ明確に定義されています。^{[1] [2] [3]} NHMはガウスヌル座標で表現され、重要な特性の1つは、座標への依存性が地平線近傍限界で固定されていることです。 ${\displaystyle r}$

極限ライスナー・ノルドストロームブラックホール の計量は

${\displaystyle ds^{2}\,=\,-{\Big (}1-{\frac {M}{r}}{\Big )}^{2}\,dt^{2}+{\Big (}1-{\frac {M}{r}}{\Big )}^{-2}dr^{2}+r^{2}\,{\big (}d\theta ^{2}+\sin ^{2}\theta \,d\phi ^{2}{\big )}\,.}$

地平線近くの限界を捉える

${\displaystyle t\mapsto {\frac {\tilde {t}}{\epsilon }}\,,\quad r\mapsto M+\epsilon \,{\tilde {r}}\,,\quad \epsilon \to 0\,,}$

そしてチルダを省略すると、地平線近傍のメトリックが得られる。

${\displaystyle ds^{2}=-{\frac {r^{2}}{M^{2}}}\,dt^{2}+{\frac {M^{2}}{r^{2}}}\,dr^{2}+M^{2}\,{\big (}d\theta ^{2}+\sin ^{2}\theta \,d\phi ^{2}{\big )}}$

ボイヤー・リンドキスト座標における極限カーブラックホールの計量（ ）は、次の2つのわかりやすい形式で表すことができます。^{[4] [5]}${\displaystyle M=a=J/M}$

${\displaystyle ds^{2}\,=\,-{\frac {\rho _{K}^{2}\Delta _{K}}{\Sigma ^{2}}}\,dt^{2}+{\frac {\rho _{K}^{2}}{\Delta _{K}}}\,dr^{2}+\rho _{K}^{2}d\theta ^{2}+{\frac {\Sigma ^{2}\sin ^{2}\theta }{\rho _{K}^{2}}}{\big (}d\phi -\omega _{K}\,dt{\big )}^{2}\,,}$

${\displaystyle ds^{2}\,=\,-{\frac {\Delta _{K}}{\rho _{K}^{2}}}\,{\big (}dt-M\sin ^{2}\theta d\phi {\big )}^{2}+{\frac {\rho _{K}^{2}}{\Delta _{K}}}\,dr^{2}+\rho _{K}^{2}d\theta ^{2}+{\frac {\sin ^{2}\theta }{\rho _{K}^{2}}}{\Big (}Mdt-(r^{2}+M^{2})d\phi {\Big )}^{2}\,,}$

どこ

${\displaystyle \rho _{K}^{2}:=r^{2}+M^{2}\cos ^{2}\theta \,,\;\;\Delta _{K}:={\big (}rM{\big )}^{2}\,,\;\;\Sigma ^{2}:={\big (}r^{2}+M^{2}{\big )}^{2}-M^{2}\Delta _{K}\sin ^{2}\theta \,,\;\;\omega _{K}:={\frac {2M^{2}r}{\Sigma ^{2}}}\,.}$

地平線近くの限界を取る^{[6] [7]}

${\displaystyle t\mapsto {\frac {\tilde {t}}{\epsilon }}\,,\quad r\mapsto M+\epsilon \,{\tilde {r}}\,,\quad \phi \mapsto {\tilde {\phi }}+{\frac {1}{2M\epsilon }}{\tilde {t}}\,,\quad \epsilon \to 0\,,}$

チルダを省略すると、地平線近傍の測定基準が得られる（これは極限カースロート^[6]とも呼ばれる）。

${\displaystyle ds^{2}\simeq {\frac {1+\cos ^{2}\theta }{2}}\,{\Big (}-{\frac {r^{2}}{2M^{2}}}\,dt^{2}+{\frac {2M^{2}}{r^{2}}}\,dr^{2}+2M^{2}d\theta ^{2}{\Big )}+{\frac {4M^{2}\sin ^{2}\theta }{1+\cos ^{2}\theta }}\,{\Big (}d\phi +{\frac {rdt}{2M^{2}}}{\Big )}^{2}\,.}$

極限カー・ニューマンブラックホール（）は計量^{[4] [5]によって記述される。}${\displaystyle r_{+}^{2}=M^{2}+Q^{2}}$

${\displaystyle ds^{2}=-{\Big (}1-{\frac {2Mr-Q^{2}}{\rho _{KN}}}\!{\Big )}dt^{2}-{\frac {2a\sin ^{2}\!\theta \,(2Mr-Q^{2})}{\rho _{KN}}}dtd\phi +\rho _{KN}{\Big (}{\frac {dr^{2}}{\Delta _{KN}}}+d\theta ^{2}{\Big )}+{\frac {\Sigma ^{2}}{\rho _{KN}}}d\phi ^{2},}$

どこ

${\displaystyle \Delta _{KN}\,:=\,r^{2}-2Mr+a^{2}+Q^{2}\,,\;\;\rho _{KN}\,:=\,r^{2}+a^{2}\cos ^{2}\!\theta \,,\;\;\Sigma ^{2}\,:=\,(r^{2}+a^{2})^{2}-\Delta _{KN}a^{2}\sin ^{2}\theta \,.}$

近い将来に変革を起こす

${\displaystyle t\mapsto {\frac {\tilde {t}}{\epsilon }}\,,\quad r\mapsto M+\epsilon \,{\tilde {r}}\,,\quad \phi \mapsto {\tilde {\phi }}+{\frac {a}{r_{0}^{2}\epsilon }}{\tilde {t}}\,,\quad \epsilon \to 0\,,\quad {\Big (}r_{0}^{2}\,:=\,M^{2}+a^{2}{\Big )}}$

チルダを省略するとNHM ^{[7]となる。}

${\displaystyle ds^{2}\simeq {\Big (}1-{\frac {a^{2}}{r_{0}^{2}}}\sin ^{2}\!\theta {\Big )}\left(-{\frac {r^{2}}{r_{0}^{2}}}dt^{2}+{\frac {r_{0}^{2}}{r^{2}}}dr^{2}+r_{0}^{2}d\theta ^{2}\right)+r_{0}^{2}\sin ^{2}\!\theta \,{\Big (}1-{\frac {a^{2}}{r_{0}^{2}}}\sin ^{2}\!\theta {\Big )}^{-1}\left(d\phi +{\frac {2arM}{r_{0}^{4}}}dt\right)^{2}\,.}$

上で議論した極限カー・ニューマン族計量のNHMに加えて、すべての定常NHMは^{[1] [2] [3] [8]}の形式で記述できる。

${\displaystyle ds^{2}=({\hat {h}}_{AB}G^{A}G^{B}-F)r^{2}dv^{2}+2dvdr-{\hat {h}}_{AB}G^{B}rdvdy^{A}-{\hat {h}}_{AB}G^{A}rdvdy^{B}+{\hat {h}}_{AB}dy^{A}dy^{B}}$
${\displaystyle =-F\,r^{2}dv^{2}+2dvdr+{\hat {h}}_{AB}{\big (}dy^{A}-G^{A}\,rdv{\big )}{\big (}dy^{B}-G^{B}\,rdv{\big )}\,,}$

ここで、計量関数は座標 r とは独立しており、地平線の固有の計量を表し、地平線上の 等温座標です。${\displaystyle \{F,G^{A}\}}$${\displaystyle {\hat {h}}_{AB}}$${\displaystyle y^{A}}$

注意: ガウスヌル座標では、ブラックホールの地平線は に対応します。 ${\displaystyle r=0}$

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