Instability of scalarized compact objects in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet theories
Abstract: We investigate the linear stability of scalarized black holes (BHs) and neutron stars (NSs) in the Einstein-scalar-Gauss-Bonnet (GB) theories against the odd- and even-parity perturbations including the higher multipole modes. We show that the angular propagation speeds in the even-parity perturbations in the $\ell \to \infty$ limit, with $\ell$ being the angular multipole moments, become imaginary and hence scalarized BH solutions suffer from the gradient instability. We show that such an instability appears irrespective of the structure of the higher-order terms in the GB coupling function and is caused purely due to the existence of the leading quadratic term and the boundary condition that the value of the scalar field vanishes at the spatial infinity.~This indicates that the gradient instability appears at the point in the mass-charge diagram where the scalarized branches bifurcate from the Schwarzschild branch. We also show that scalarized BH solutions realized in a nonlinear scalarization model also suffer from the gradient instability in the even-parity perturbations. Our result also suggests the gradient instability of the exterior solutions of the static and spherically-symmetric scalarized NS solutions induced by the same GB coupling functions.
- E. Berti et al., Class. Quant. Grav. 32, 243001 (2015), arXiv:1501.07274 [gr-qc] .
- K. Koyama, Rept. Prog. Phys. 79, 046902 (2016), arXiv:1504.04623 [astro-ph.CO] .
- G. W. Horndeski, Int. J. Theor. Phys. 10, 363 (1974).
- D. Langlois and K. Noui, JCAP 02, 034 (2016), arXiv:1510.06930 [gr-qc] .
- L. Barack et al., Class. Quant. Grav. 36, 143001 (2019), arXiv:1806.05195 [gr-qc] .
- W. Israel, Phys. Rev. 164, 1776 (1967).
- B. Carter, Phys. Rev. Lett. 26, 331 (1971).
- R. Ruffini and J. A. Wheeler, Phys. Today 24, 30 (1971).
- S. W. Hawking, Commun. Math. Phys. 25, 152 (1972a).
- J. E. Chase, Commun. Math. Phys. 22, 276 (1970).
- S. W. Hawking, Commun. Math. Phys. 25, 167 (1972b).
- J. D. Bekenstein, Phys. Rev. D 51, R6608 (1995).
- A. A. H. Graham and R. Jha, Phys. Rev. D 89, 084056 (2014a), [Erratum: Phys. Rev. D 92, 069901 (2015)], arXiv:1401.8203 [gr-qc] .
- A. A. H. Graham and R. Jha, Phys. Rev. D90, 041501 (2014b), arXiv:1407.6573 [gr-qc] .
- L. Hui and A. Nicolis, Phys. Rev. Lett. 110, 241104 (2013), arXiv:1202.1296 [hep-th] .
- E. Barausse and K. Yagi, Phys. Rev. Lett. 115, 211105 (2015), arXiv:1509.04539 [gr-qc] .
- S. O. Alexeev and M. V. Pomazanov, Phys. Rev. D55, 2110 (1997), arXiv:hep-th/9605106 [hep-th] .
- N. Ohta and T. Torii, Prog. Theor. Phys. 121, 959 (2009a), arXiv:0902.4072 [hep-th] .
- N. Ohta and T. Torii, Prog. Theor. Phys. 122, 1477 (2009b), arXiv:0908.3918 [hep-th] .
- P. Pani and V. Cardoso, Phys. Rev. D 79, 084031 (2009), arXiv:0902.1569 [gr-qc] .
- D. Ayzenberg and N. Yunes, Phys. Rev. D90, 044066 (2014), [Erratum: Phys. Rev.D91,no.6,069905(2015)], arXiv:1405.2133 [gr-qc] .
- T. P. Sotiriou and S.-Y. Zhou, Phys. Rev. Lett. 112, 251102 (2014a), arXiv:1312.3622 [gr-qc] .
- T. P. Sotiriou and S.-Y. Zhou, Phys. Rev. D 90, 124063 (2014b), arXiv:1408.1698 [gr-qc] .
- T. Damour and G. Esposito-Farese, Phys. Rev. Lett. 70, 2220 (1993).
- T. Damour and G. Esposito-Farese, Phys. Rev. D54, 1474 (1996), arXiv:gr-qc/9602056 [gr-qc] .
- C. M. Will, Living Rev. Rel. 17, 4 (2014), arXiv:1403.7377 [gr-qc] .
- J. Novak, Phys. Rev. D57, 4789 (1998), arXiv:gr-qc/9707041 [gr-qc] .
- T. Harada, Phys. Rev. D57, 4802 (1998), arXiv:gr-qc/9801049 [gr-qc] .
- D. D. Doneva and S. S. Yazadjiev, Phys. Rev. Lett. 120, 131103 (2018a), arXiv:1711.01187 [gr-qc] .
- M. Minamitsuji and T. Ikeda, Phys. Rev. D 99, 044017 (2019), arXiv:1812.03551 [gr-qc] .
- D. D. Doneva and S. S. Yazadjiev, Phys. Rev. D 103, 064024 (2021), arXiv:2101.03514 [gr-qc] .
- W. E. East and J. L. Ripley, Phys. Rev. Lett. 127, 101102 (2021), arXiv:2105.08571 [gr-qc] .
- D. D. Doneva and S. S. Yazadjiev, Phys. Rev. D 105, L041502 (2022), arXiv:2107.01738 [gr-qc] .
- D. D. Doneva and S. S. Yazadjiev, JCAP 1804, 011 (2018b), arXiv:1712.03715 [gr-qc] .
- R. Kase and S. Tsujikawa, Phys. Rev. D 105, 024059 (2022), arXiv:2110.12728 [gr-qc] .
- M. Rinaldi, Phys. Rev. D 86, 084048 (2012), arXiv:1208.0103 [gr-qc] .
- M. Minamitsuji, Phys. Rev. D 89, 064017 (2014), arXiv:1312.3759 [gr-qc] .
- A. Cisterna and C. Erices, Phys. Rev. D 89, 084038 (2014), arXiv:1401.4479 [gr-qc] .
- M. Herrero-Valea, JHEP 03, 075 (2022), arXiv:2106.08344 [gr-qc] .
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.