Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Superradiant instability of a charged regular black hole

Published 26 Jan 2024 in gr-qc | (2401.14967v2)

Abstract: We show that a charged, massive scalar field in the vicinity of an electrically-charged Ay\'on-Beato-Garc\'ia (ABG) regular black hole has a spectrum of quasibound states that (in a certain parameter regime) grow exponentially with time, due to black hole superradiance. Superradiant quasibound states are made possible by the enhancement of the electrostatic potential at the horizon in nonlinear electrodynamics; in contrast, the Reissner-Nordstr\"om black hole does not possess such superradiant quasibound states. Here we compute the spectrum for a range of multipoles $\ell$ across the parameter space, and we find the fastest growth rate in the monopole mode. We find that a regular black hole with a small charge can still trigger a significant superradiant instability if the charge-to-mass ratio of the field is compensatingly large. We estimate the amount of black hole mass that can be deposited in the scalar field, finding an upper bound of circa $20\%$ in the extreme charge scenario. Finally, we consider the stationary bound states at the superradiant threshold, and we conjecture that, due to this instability, the ABG black hole will evolve towards a configuration with charged scalar hair.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (64)
  1. T. Regge and J. A. Wheeler, Phys. Rev. 108, 1063 (1957).
  2. R. Brito, V. Cardoso, and P. Pani, Lect. Notes Phys. 906, pp.1 (2015a), arXiv:1501.06570 [gr-qc] .
  3. I. Zel’dovich, Soviet Physics-JETP 35, 1085 (1972).
  4. C. Misner, Bulletin of the American Physical Society 17, 472 (1972).
  5. A. A. Starobinsky, Sov. Phys. JETP 37, 28 (1973), [Zh. Eksp. Teor. Fiz. 64, 48 (1973)].
  6. A. A. Starobinskil and S. M. Churilov, Sov. Phys. JETP 65, 1 (1974).
  7. W. H. Press and S. A. Teukolsky, Nature 238, 211 (1972).
  8. V. Cardoso and O. J. C. Dias, Phys. Rev. D 70, 084011 (2004), arXiv:hep-th/0405006 .
  9. V. Cardoso, O. J. C. Dias, and S. Yoshida, Phys. Rev. D 74, 044008 (2006), arXiv:hep-th/0607162 .
  10. P. Pani and A. Loeb, Phys. Rev. D 88, 041301 (2013), arXiv:1307.5176 [astro-ph.CO] .
  11. J. P. Conlon and C. A. R. Herdeiro, Phys. Lett. B 780, 169 (2018), arXiv:1701.02034 [astro-ph.HE] .
  12. A. Dima and E. Barausse, Class. Quant. Grav. 37, 175006 (2020), arXiv:2001.11484 [gr-qc] .
  13. M. H. P. M. Van Putten, Science 284, 115 (1999).
  14. G. Lingetti, E. Cannizzaro, and P. Pani, Phys. Rev. D 106, 024007 (2022), arXiv:2204.09335 [gr-qc] .
  15. I. M. Ternov, A. B. Gaina, and G. A. Chizhov, Sov. Phys. J. 23, 695 (1980), [Izv. Vuz. Fiz.23N8,56(1980)].
  16. A. B. Gaina and O. B. Zaslavsky, Class. Quant. Grav. 9, 667 (1992).
  17. T. Damour, N. Deruelle, and R. Ruffini, Lett. Nuovo Cim. 15, 257 (1976).
  18. S. L. Detweiler, Phys. Rev. D22, 2323 (1980).
  19. T. J. M. Zouros and D. M. Eardley, Annals Phys. 118, 139 (1979).
  20. V. Cardoso and S. Yoshida, JHEP 07, 009, arXiv:hep-th/0502206 .
  21. S. R. Dolan, Phys. Rev. D 76, 084001 (2007), arXiv:0705.2880 [gr-qc] .
  22. A. Arvanitaki and S. Dubovsky, Phys. Rev. D83, 044026 (2011), arXiv:1004.3558 [hep-th] .
  23. S. R. Dolan, Phys. Rev. D87, 124026 (2013), arXiv:1212.1477 [gr-qc] .
  24. R. Brito, V. Cardoso, and P. Pani, Class. Quant. Grav. 32, 134001 (2015b), arXiv:1411.0686 [gr-qc] .
  25. H. Yoshino and H. Kodama, Class. Quant. Grav. 32, 214001 (2015), arXiv:1505.00714 [gr-qc] .
  26. W. E. East and F. Pretorius, Phys. Rev. Lett. 119, 041101 (2017), arXiv:1704.04791 [gr-qc] .
  27. J. M. Bardeen, B. Carter, and S. W. Hawking, Commun. Math. Phys. 31, 161 (1973).
  28. G. W. Gibbons, Commun. Math. Phys. 44, 245 (1975).
  29. K. Schroven, E. Hackmann, and C. Lämmerzahl, Phys. Rev. D 96, 063015 (2017), arXiv:1705.08166 [astro-ph.HE] .
  30. H. Furuhashi and Y. Nambu, Prog. Theor. Phys. 112, 983 (2004), arXiv:gr-qc/0402037 .
  31. M. Baryakhtar, R. Lasenby, and M. Teo, Phys. Rev. D96, 035019 (2017), arXiv:1704.05081 [hep-ph] .
  32. W. E. East, Phys. Rev. D 96, 024004 (2017), arXiv:1705.01544 [gr-qc] .
  33. S. R. Dolan, Phys. Rev. D 98, 104006 (2018), arXiv:1806.01604 [gr-qc] .
  34. R. Brito, S. Grillo, and P. Pani, Phys. Rev. Lett. 124, 211101 (2020), arXiv:2002.04055 [gr-qc] .
  35. P. B. Ferraz, T. W. Kephart, and J. a. G. Rosa, JCAP 07 (07), 026, arXiv:2004.11303 [gr-qc] .
  36. N. P. Branco, R. Z. Ferreira, and J. a. G. Rosa, JCAP 04, 003, arXiv:2301.01780 [hep-ph] .
  37. M. Calzà, J. a. G. Rosa, and F. Serrano,   (2023), arXiv:2306.09430 [hep-ph] .
  38. H. S. Chia, Probing Particle Physics with Gravitational Waves, Ph.D. thesis, Amsterdam U. (2020), arXiv:2012.09167 [hep-ph] .
  39. A. Ghoshal, Y. F. Perez-Gonzalez, and J. Turner,   (2023), arXiv:2312.06768 [hep-ph] .
  40. S. Hod, Phys. Lett. B 713, 505 (2012a), arXiv:1304.6474 [gr-qc] .
  41. S. Hod, Phys. Rev. D 91, 044047 (2015), arXiv:1504.00009 [gr-qc] .
  42. C. A. R. Herdeiro, J. C. Degollado, and H. F. Rúnarsson, Phys. Rev. D 88, 063003 (2013), arXiv:1305.5513 [gr-qc] .
  43. S. R. Dolan, S. Ponglertsakul, and E. Winstanley, Phys. Rev. D 92, 124047 (2015), arXiv:1507.02156 [gr-qc] .
  44. O. J. C. Dias and R. Masachs, Class. Quant. Grav. 35, 184001 (2018), arXiv:1801.10176 [gr-qc] .
  45. A. Davey, O. J. C. Dias, and P. Rodgers, JHEP 05, 189, arXiv:2103.12752 [gr-qc] .
  46. D. Feiteira, J. P. S. Lemos, and O. B. Zaslavskii,   (2024), arXiv:2401.13039 [gr-qc] .
  47. E. Ayon-Beato and A. Garcia, Phys. Rev. Lett. 80, 5056 (1998), arXiv:gr-qc/9911046 .
  48. E. Ayon-Beato and A. Garcia, Phys. Lett. B 464, 25 (1999a), arXiv:hep-th/9911174 .
  49. E. Ayon-Beato and A. Garcia, Gen. Rel. Grav. 31, 629 (1999b), arXiv:gr-qc/9911084 .
  50. K. A. Bronnikov, Phys. Rev. D 63, 044005 (2001), arXiv:gr-qc/0006014 .
  51. I. Dymnikova, Class. Quant. Grav. 21, 4417 (2004), arXiv:gr-qc/0407072 .
  52. K. A. Bronnikov,   (2022), arXiv:2211.00743 [gr-qc] .
  53. M. A. A. Paula, L. C. S. Leite, and L. C. B. Crispino, Phys. Rev. D 102, 104033 (2020), arXiv:2011.08633 [gr-qc] .
  54. S. Bao, Q. Xu, and H. Zhang, Phys. Rev. D 106, 064016 (2022), arXiv:2201.10941 [gr-qc] .
  55. S. Hod,   (2024), arXiv:2401.07907 [gr-qc] .
  56. J. G. Rosa and S. R. Dolan, Phys. Rev. D 85, 044043 (2012), arXiv:1110.4494 [hep-th] .
  57. J. Percival and S. R. Dolan, Phys. Rev. D 102, 104055 (2020), arXiv:2008.10621 [gr-qc] .
  58. C. Richards, A. Dima, and H. Witek, Phys. Rev. D 108, 044078 (2023), arXiv:2305.07704 [gr-qc] .
  59. S. Hod, Phys. Rev. D86, 104026 (2012b), [Erratum: Phys. Rev.D86,129902(2012)], arXiv:1211.3202 [gr-qc] .
  60. C. A. R. Herdeiro and E. Radu, Phys. Rev. Lett. 112, 221101 (2014), arXiv:1403.2757 [gr-qc] .
  61. N. M. Santos and C. A. R. Herdeiro, Int. J. Mod. Phys. D 29, 2041013 (2020), arXiv:2005.07201 [gr-qc] .
  62. A. Bonanno, A.-P. Khosravi, and F. Saueressig, Phys. Rev. D 103, 124027 (2021), arXiv:2010.04226 [gr-qc] .
  63. A. Bonanno, A.-P. Khosravi, and F. Saueressig, Phys. Rev. D 107, 024005 (2023), arXiv:2209.10612 [gr-qc] .
  64. O. J. C. Dias, G. T. Horowitz, and J. E. Santos, JHEP 12, 179, arXiv:2110.06225 [hep-th] .
Citations (4)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 2 tweets with 4 likes about this paper.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up for Free