Papers
Topics
Authors
Recent
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash
173 tokens/sec
GPT-4o
7 tokens/sec
Gemini 2.5 Pro Pro
46 tokens/sec
o3 Pro
4 tokens/sec
GPT-4.1 Pro
38 tokens/sec
DeepSeek R1 via Azure Pro
28 tokens/sec
2000 character limit reached

Infinitely degenerate slowly rotating solutions in $f(R)$ gravity (2303.04684v2)

Published 8 Mar 2023 in gr-qc

Abstract: This work tests the no-hair conjecture in $f(R)$ gravity models. No-hair conjecture asserts that all black holes in General Relativity coupled to any matter must be Kerr-Newman type. However, the conjecture fails in some cases with non-linear matter sources. Here, we address this by explicitly constructing multiple slow-rotating black hole solutions, up to second order in rotational parameter, for a class of $f(R)$ models ( $f(R) =(\alpha_{0} + \alpha_{1}\,R){p}, p > 1$). Such an $f(R)$ includes all higher-powers of $R$. We analytically show that multiple vacuum solutions satisfy the field equations up to the second order in the rotational parameter. In other words, we show that the multiple vacuum solutions depend on arbitrary constants, which depend on the coupling parameters of the model. Hence, our results indicate that the no-hair theorem for modified gravity theories merits extending to include the coupling constants. The uniqueness of our result stems from the fact that these are obtained directly from metric formalism without conformal transformation. We discuss the kinematical properties of these black hole solutions and compare them with slow-rotating Kerr. Specifically, we show that the circular orbits for the black holes in $f(R)$ are smaller than that of Kerr. This implies that the inner-most stable circular orbit for black holes in $f(R)$ is smaller than Kerr's; hence, the shadow radius might also be smaller. Finally, we discuss the implications of our results for future observations.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (54)
  1. B. P. Abbott et al. (Virgo, LIGO Scientific), Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
  2. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. D 103, 122002 (2021a), arXiv:2010.14529 [gr-qc].
  3. D. Psaltis, Living Rev. Rel. 11, 9 (2008), arXiv:0806.1531 [astro-ph].
  4. L. Barack et al., Class. Quant. Grav. 36, 143001 (2019), arXiv:1806.05195 [gr-qc].
  5. S. Shankaranarayanan and J. P. Johnson, Gen. Rel. Grav. 54, 44 (2022), arXiv:2204.06533 [gr-qc].
  6. A. G. Riess and Others, Astron. J. 116, 1009 (1998), arXiv:astro-ph/9805201 [astro-ph].
  7. P. J. E. Peebles and B. Ratra, Rev. Mod. Phys. 75, 559 (2003), arXiv:astro-ph/0207347.
  8. T. Padmanabhan, Phys. Rept. 380, 235 (2003).
  9. A. De Felice and S. Tsujikawa, Living Rev. Rel. 13, 3 (2010), arXiv:1002.4928 [gr-qc].
  10. T. P. Sotiriou and V. Faraoni, Rev. Mod. Phys. 82, 451 (2010a), arXiv:0805.1726 [gr-qc].
  11. A. G. Riess et al., Astrophys. J. Lett. 934, L7 (2022), arXiv:2112.04510 [astro-ph.CO].
  12. R. P. Woodard, Lect. Notes Phys. 720, 403 (2007a), arXiv:astro-ph/0601672.
  13. N. H. Barth and S. M. Christensen, Phys. Rev. D 28, 1876 (1983).
  14. J. Z. Simon, Phys. Rev. D 41, 3720 (1990).
  15. F. Mueller-Hoissen, Annalen Phys. 48, 543 (1991).
  16. S. W. Hawking and T. Hertog, Phys. Rev. D 65, 103515 (2002), arXiv:hep-th/0107088.
  17. J. Z. Simon, Phys. Rev. D 43, 3308 (1991).
  18. J. Z. Simon, Phys. Rev. D 45, 1953 (1992).
  19. S. Bhattacharyya and S. Shankaranarayanan, Phys. Rev. D 96, 064044 (2017).
  20. S. Bhattacharyya and S. Shankaranarayanan, Eur. Phys. J. C 78, 737 (2018).
  21. S. Bhattacharyya and S. Shankaranarayanan, Phys. Rev. D 100, 024022 (2019).
  22. S. Shankaranarayanan, Int. J. Mod. Phys. D 28, 1944020 (2019), arXiv:1905.03943 [gr-qc].
  23. N. Yunes and F. Pretorius, Phys. Rev. D 79, 084043 (2009a), arXiv:0902.4669 [gr-qc].
  24. P. A. Cano and A. Ruipérez, JHEP 05, 189 (2019), [Erratum: JHEP 03, 187 (2020)], arXiv:1901.01315 [gr-qc].
  25. C. A. R. Herdeiro and E. Radu, Int. J. Mod. Phys. D 24, 1542014 (2015), arXiv:1504.08209 [gr-qc].
  26. M. S. Volkov and D. V. Galtsov, JETP Lett. 50, 346 (1989).
  27. M. S. Volkov and D. V. Gal’tsov, Phys. Rept. 319, 1 (1999), arXiv:hep-th/9810070.
  28. P. Bizon, Phys. Rev. Lett. 64, 2844 (1990).
  29. H. Luckock and I. Moss, Phys. Lett. B 176, 341 (1986).
  30. C. A. R. Herdeiro and E. Radu, Phys. Rev. Lett. 112, 221101 (2014), arXiv:1403.2757 [gr-qc].
  31. E. Babichev and C. Charmousis, JHEP 08, 106 (2014), arXiv:1312.3204 [gr-qc].
  32. T. P. Sotiriou and S.-Y. Zhou, Phys. Rev. D 90, 124063 (2014), arXiv:1408.1698 [gr-qc].
  33. N. Yunes and F. Pretorius, Phys. Rev. D 79, 084043 (2009b).
  34. D. W. Tian, Gen. Rel. Grav. 48, 110 (2016), arXiv:1507.07448 [gr-qc].
  35. R. P. Kerr and A. Schild, Gen. Rel. Grav. 41, 2485 (2009).
  36. N. Deruelle and J.-P. Uzan, Relativity in Modern Physics, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2018).
  37. J. B. Hartle, Astrophys. J. 150, 1005 (1967).
  38. J. B. Hartle and K. S. Thorne, Astrophys. J. 153, 807 (1968).
  39. J. F. Plebanski and M. Demianski, Annals Phys. 98, 98 (1976).
  40. S. Çıkıntoğlu, Phys. Rev. D 97, 044040 (2018), arXiv:1708.00345 [gr-qc].
  41. T. P. Sotiriou and V. Faraoni, Phys. Rev. Lett. 108, 081103 (2012), arXiv:1109.6324 [gr-qc].
  42. J. Sultana and D. Kazanas, Gen. Rel. Grav. 50, 137 (2018a), arXiv:1810.02915 [gr-qc].
  43. G. G. L. Nashed and S. Nojiri, Phys. Rev. D 102, 124022 (2020), arXiv:2012.05711 [gr-qc].
  44. T. P. Sotiriou and V. Faraoni, Rev. Mod. Phys. 82, 451 (2010b), arXiv:0805.1726 [gr-qc].
  45. R. P. Woodard, Lect. Notes Phys. 720, 403 (2007b), arXiv:astro-ph/0601672.
  46. M. Demianski, Acta Astron 3, 197 (1973).
  47. K. S. Stelle, Gen. Relat. Grav. 9, 353 (1978).
  48. V. Cardoso and L. Gualtieri, Class. Quant. Grav. 33, 174001 (2016), arXiv:1607.03133 [gr-qc].
  49. P. Kanti and K. Tamvakis, Phys. Lett. B 392, 30 (1997), arXiv:hep-th/9609003.
  50. P. Pani and V. Cardoso, Phys. Rev. D 79, 084031 (2009), arXiv:0902.1569 [gr-qc].
  51. D. D. Doneva and S. S. Yazadjiev, Phys. Rev. Lett. 120, 131103 (2018), arXiv:1711.01187 [gr-qc].
  52. M. Minamitsuji and T. Ikeda, Phys. Rev. D 99, 044017 (2019), arXiv:1812.03551 [gr-qc].
  53. D.-C. Zou and Y. S. Myung, Phys. Rev. D 100, 124055 (2019), arXiv:1909.11859 [gr-qc].
  54. J. Sultana and D. Kazanas, Gen. Rel. Grav. 50, 137 (2018b), arXiv:1810.02915 [gr-qc].

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

X Twitter Logo Streamline Icon: https://streamlinehq.com