Study on quantum hair of gravitational objects
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김원태
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082571
- UCI I804:11029-000000082571
- 본문언어 영어
- 저작권 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록(요약문)
According to the classical no-hair theorem, stationary gravitational objects such as stars or black holes are completely characterized by their mass, charges, and angular momentum. However, once quantum effects are incorporated, the geometry acquires quantum corrections that encode additional information, referred to as quantum hair. In this thesis, we investigate how quantum hair manifests in the metrics of stars and black holes. First, for spherically symmetric stars composed of concentric dust shells, we derive the quantum-corrected metric at linear order in curvature using the Barvinsky-Vilkovisky effective action. The resulting corrections depend on the number of massless quantum fields, which plays the role of quantum hair. Furthermore, the corrections explicitly depend on the distribution of internal shells, giving rise to distinct astrophysical signatures such as geodesic precession and gravitational lensing. We then extend this analysis to black holes, obtaining the quantum-corrected black hole metric and investigating their strong gravitational lensing observables with respect to quantum hair. Consequently, these results show that quantum hair imprints on astrophysical observables of both stars and black holes.
more초록(요약문)
고전적인 무모 정리에 따르면, 별이나 블랙홀과 같이 정상 상태의 중력적 천체는 질량, 전하, 그리고 각운동량에 의해서만 완전히 기술되며, 그 내부 구조에 대한 정보는 외부 관측자가 접근할 수 없다. 그러나 양자 효과를 고려하면, 시공간은 추가적인 정보를 담는 양자 보정항을 얻게 되며, 이러한 정보는 이른바 양자 헤어라고 불린다. 본 논문에서는 양자 헤어가 별과 블랙홀의 계량에 어떻게 나타나는지를 연구한다. 먼저, 동심 구형의 먼지 껍질들로 이루어진 구대칭 별 을 대상으로 바빈스키-빌코비스키 유효 작용을 이용하여 곡률 1차 차수까지의 양자 보정된 계량을 유도한다. 그 결과, 양자 보정항은 질량이 없는 양자장들의 개수에 의존하며, 이러한 양자장의 개수가 곧 양자 헤어의 역할을 함을 보인다. 이때, 양자 보정항은 별 내부의 껍질 분포에 따라 명시적으로 달라지는데, 이에 따른 측지선 세차나 중력 렌즈 효과와 같이 천체물리적 현상에 나타나는 양자 보정 효과를 조사한다. 이후 유사한 분석을 블랙홀의 경우로 확장하여, 양자 보 정된 블랙홀 계량을 구하고 그에 따른 강한 중력장 영역에서의 중력 렌즈 효과를 양자 헤어와의 관련성 하에서 분석한다. 이러한 결과들은 양자 헤어가 별과 블랙홀 모두의 천체물리 현상에 영향을 미치며, 동일한 질량과 반지름을 가져서 고전적으로는 구별이 불가능했던 중력적 천체들을 양자 보정을 통해 구분할 수 있음을 시사한다.
more목차
List of Figures III
List of Tables VI
국문 초록 VII
1 Introduction 1
2 Review of Effective Action 12
2.1 Effective action in external gravitational field 12
2.2 The resulting effective action 19
3 Quantum Hair in Quantum-Corrected Stellar Metrics 21
3.1 Derivation of the quantum-corrected stellar metric 21
3.2 Quantum hair effects in orbital precession 30
3.3 Quantum hair effects in microlensing 37
4 Quantum Hair in Quantum-Corrected Black Hole Metrics 45
4.1 Derivation of the quantum-corrected black hole metric 45
4.2 Quantum hair effects in strong gravitational lensing 50
5 Conclusions and Discussions 62
A Variation of the effective action 68
B Calculation of the nonlocal logarithmic operator in flat spacetime 72
Abstract 83
