Breaking black-hole uniqueness at supermassive scales

被引：2

作者：

Eichhorn, Astrid ^{[1
,2
]}

Fernandes, Pedro G. S. ^{[1
,2
]}

Held, Aaron ^{[3
]}

Silva, Hector O. ^{[4
,5
,6
]}

机构：

[1] Univ Southern Denmark, CP3 Origins, Campusvej 55, DK-5230 Odense M, Denmark

[2] Heidelberg Univ, Inst Theoret Phys, Philosophenweg 16, D-69120 Heidelberg, Germany

[3] Univ Paris Cite, Univ PSL, Sorbonne Univ,Inst Phys Theor Philippe Meyer, Lab Phys,Ecole normale Super ENS, F-75005 Paris, France

[4] Univ Illinois, Dept Phys, Urbana, IL 61801 USA

[5] Univ Illinois, Illinois Ctr Adv Studies Universe, Urbana, IL 61801 USA

[6] Max Planck Inst Grav Phys Albert Einstein Inst, D-14476 Potsdam, Germany

来源：

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY | 2025年 / 42卷 / 10期

关键词：

black hole; scalarization; supermassive; modified gravity; black hole uniqueness; hairy black hole; TELESCOPE RESULTS. VI; FIELD; EQUATION; PHYSICS; MATTER; SPACE; STATE; MASS;

D O I：

10.1088/1361-6382/add3b6

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

In general relativity (GR), all asymptotically flat, stationary and axisymmetric vacuum black holes are described by the Kerr solution. Beyond GR, there is a prevailing expectation that deviations from the Kerr solution increase with the horizon curvature. We challenge this expectation by showing that, in a scalar-Gauss-Bonnet theory, black holes scalarize in a finite, adjustable window of black-hole masses, bounded from above and below. In this theory, there is an interplay between curvature scales and compactness, which we expect to protect neutron stars and other less compact objects from scalarization. In addition, this theory is the first to avoid the catastrophic instability of early-Universe cosmology that affects previous scalarization models. In this theory, black-hole uniqueness can be broken at supermassive black-hole scales, while stellar-mass black holes remain well-described by the general relativistic solution. To probe this scenario, observations targeting supermassive black holes are necessary.

引用

页数：12

共 51 条

[1] Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abernathy, M. R. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Arain, M. A. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. ;

Baker, P. T. ;

Baldaccini, F. ;

Ballardin, G. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barclay, S. E. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barone, F. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (06)

[2] GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Aloy, M. A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S., V ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avendano, V ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Badaracco, F. ;

Bader, M. K. M. ;

Bae, S. ;

Baker, P. T. .

PHYSICAL REVIEW X, 2019, 9 (03)

[3] GW170814: A Three-Detector Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Coalescence [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Afrough, M. ;

Agarwal, B. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Atallah, D. V. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. .

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[4] GWTC-2: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the First Half of the Third Observing Run [J].

Abbott, R. ;

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Abraham, S. ;

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Ackley, K. ;

Adams, A. ;

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Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akcay, S. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Arun, K. G. ;

Asali, Y. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avendano, V ;

Babak, S. ;

Badaracco, F. .

PHYSICAL REVIEW X, 2021, 11 (02)

[5] The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background [J].

Agazie, Gabriella ;

Anumarlapudi, Akash ;

Archibald, Anne M. ;

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Becsy, Bence ;

Blecha, Laura ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Burnette, Rand ;

Case, Robin ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Chatziioannou, Katerina ;

Cheeseboro, Belinda D. ;

Chen, Siyuan ;

Cohen, Tyler ;

Cordes, James M. ;

Cornish, Neil ;

Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

Crowter, Kathryn ;

Cutler, Curt J. ;

DeCesar, Megan E. ;

DeGan, Dallas ;

Demorest, Paul B. ;

Deng, Heling ;

Dolch, Timothy ;

Drachler, Brendan ;

Ellis, Justin A. ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Freedman, Gabriel E. ;

Garver-Daniels, Nate ;

Gentile, Peter A. ;

Gersbach, Kyle A. ;

Glaser, Joseph ;

Good, Deborah C. ;

Gueltekin, Kayhan ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Hourihane, Sophie ;

Islo, Kristina ;

Jennings, Ross J. ;

Johnson, Aaron D. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2023, 951 (01)

[6] First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VI. Testing the Black Hole Metric [J].

Akiyama, Kazunori ;

Alberdi, Antxon ;

Alef, Walter ;

Algaba, Juan Carlos ;

Anantua, Richard ;

Asada, Keiichi ;

Azulay, Rebecca ;

Bach, Uwe ;

Baczko, Anne-Kathrin ;

Ball, David ;

Balokovic, Mislav ;

Barrett, John ;

Baubock, Michi ;

Benson, Bradford A. ;

Bintley, Dan ;

Blackburn, Lindy ;

Blundell, Raymond ;

Bouman, Katherine L. ;

Bower, Geoffrey C. ;

Boyce, Hope ;

Bremer, Michael ;

Brinkerink, Christiaan D. ;

Brissenden, Roger ;

Britzen, Silke ;

Broderick, Avery E. ;

Broguiere, Dominique ;

Bronzwaer, Thomas ;

Bustamante, Sandra ;

Byun, Do-Young ;

Carlstrom, John E. ;

Ceccobello, Chiara ;

Chael, Andrew ;

Chan, Chi-kwan ;

Chatterjee, Koushik ;

Chatterjee, Shami ;

Chen, Ming-Tang ;

Chen, Yongjun ;

Cheng, Xiaopeng ;

Cho, Ilje ;

Christian, Pierre ;

Conroy, Nicholas S. ;

Conway, John E. ;

Cordes, James M. ;

Crawford, Thomas M. ;

Crew, Geoffrey B. ;

Cruz-Osorio, Alejandro ;

Cui, Yuzhu ;

Davelaar, Jordy ;

De Laurentis, Mariafelicia ;

Deane, Roger .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2022, 930 (02)

[7] First M87 Event Horizon Telescope Results. VI. The Shadow and Mass of the Central Black Hole [J].

Akiyama, Kazunori ;

Alberdi, Antxon ;

Alef, Walter ;

Asada, Keiichi ;

Azulay, Rebecca ;

Baczko, Anne-Kathrin ;

Ball, David ;

Balokovic, Mislav ;

Barrett, John ;

Bintley, Dan ;

Blackburn, Lindy ;

Boland, Wilfred ;

Bouman, Katherine L. ;

Bower, Geoffrey C. ;

Bremer, Michael ;

Brinkerink, Christiaan D. ;

Brissenden, Roger ;

Britzen, Silke ;

Broderick, Avery E. ;

Broguiere, Dominique ;

Bronzwaer, Thomas ;

Byun, Do-Young ;

Carlstrom, John E. ;

Chael, Andrew ;

Chan, Chi-Kwan ;

Chatterjee, Shami ;

Chatterjee, Koushik ;

Chen, Ming-Tang ;

Chen, Yongjun ;

Cho, Ilje ;

Christian, Pierre ;

Conway, John E. ;

Cordes, James M. ;

Crew, Geoffrey B. ;

Cui, Yuzhu ;

Davelaar, Jordy ;

De Laurentis, Mariafelicia ;

Deane, Roger ;

Dempsey, Jessica ;

Desvignes, Gregory ;

Dexter, Jason ;

Doeleman, Sheperd S. ;

Eatough, Ralph P. ;

Falcke, Heino ;

Fish, Vincent L. ;

Fomalont, Ed ;

Fraga-Encinas, Raquel ;

Friberg, Per ;

Fromm, Christian M. ;

Gomez, Jose L. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2019, 875 (01)

[8] Equation of state of nucleon matter and neutron star structure [J].

Akmal, A ;

Pandharipande, VR ;

Ravenhall, DG .

PHYSICAL REVIEW C, 1998, 58 (03) :1804-1828

[9]

Amaro-Seoane P, 2017, Arxiv, DOI arXiv:1702.00786

[10] Cosmological instability of scalar-Gauss-Bonnet theories exhibiting scalarization [J].

Anson, T. ;

Babichev, E. ;

Charmousis, C. ;

Ramazanov, S. .

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2019, (06)

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共 51 条

[1] Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abernathy, M. R. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Arain, M. A. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

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Ballardin, G. ;

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Adams, C. ;

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Altin, P. A. ;

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Angelova, S., V ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

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Bader, M. K. M. ;

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Afrough, M. ;

Agarwal, B. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

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Ascenzi, S. ;

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Astone, P. ;

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Austin, C. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (14)

[4] GWTC-2: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the First Half of the Third Observing Run [J].

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, A. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akcay, S. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Arun, K. G. ;

Asali, Y. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avendano, V ;

Babak, S. ;

Badaracco, F. .

PHYSICAL REVIEW X, 2021, 11 (02)

[5] The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background [J].

Agazie, Gabriella ;

Anumarlapudi, Akash ;

Archibald, Anne M. ;

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Becsy, Bence ;

Blecha, Laura ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Burnette, Rand ;

Case, Robin ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Chatziioannou, Katerina ;

Cheeseboro, Belinda D. ;

Chen, Siyuan ;

Cohen, Tyler ;

Cordes, James M. ;

Cornish, Neil ;

Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

Crowter, Kathryn ;

Cutler, Curt J. ;

DeCesar, Megan E. ;

DeGan, Dallas ;

Demorest, Paul B. ;

Deng, Heling ;

Dolch, Timothy ;

Drachler, Brendan ;

Ellis, Justin A. ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Freedman, Gabriel E. ;

Garver-Daniels, Nate ;

Gentile, Peter A. ;

Gersbach, Kyle A. ;

Glaser, Joseph ;

Good, Deborah C. ;

Gueltekin, Kayhan ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Hourihane, Sophie ;

Islo, Kristina ;

Jennings, Ross J. ;

Johnson, Aaron D. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2023, 951 (01)

[6] First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VI. Testing the Black Hole Metric [J].

Akiyama, Kazunori ;

Alberdi, Antxon ;

Alef, Walter ;

Algaba, Juan Carlos ;

Anantua, Richard ;

Asada, Keiichi ;

Azulay, Rebecca ;

Bach, Uwe ;

Baczko, Anne-Kathrin ;

Ball, David ;

Balokovic, Mislav ;

Barrett, John ;

Baubock, Michi ;

Benson, Bradford A. ;

Bintley, Dan ;

Blackburn, Lindy ;

Blundell, Raymond ;

Bouman, Katherine L. ;

Bower, Geoffrey C. ;

Boyce, Hope ;

Bremer, Michael ;

Brinkerink, Christiaan D. ;

Brissenden, Roger ;

Britzen, Silke ;

Broderick, Avery E. ;

Broguiere, Dominique ;

Bronzwaer, Thomas ;

Bustamante, Sandra ;

Byun, Do-Young ;

Carlstrom, John E. ;

Ceccobello, Chiara ;

Chael, Andrew ;

Chan, Chi-kwan ;

Chatterjee, Koushik ;

Chatterjee, Shami ;

Chen, Ming-Tang ;

Chen, Yongjun ;

Cheng, Xiaopeng ;

Cho, Ilje ;

Christian, Pierre ;

Conroy, Nicholas S. ;

Conway, John E. ;

Cordes, James M. ;

Crawford, Thomas M. ;

Crew, Geoffrey B. ;

Cruz-Osorio, Alejandro ;

Cui, Yuzhu ;

Davelaar, Jordy ;

De Laurentis, Mariafelicia ;

Deane, Roger .

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[7] First M87 Event Horizon Telescope Results. VI. The Shadow and Mass of the Central Black Hole [J].

Akiyama, Kazunori ;

Alberdi, Antxon ;

Alef, Walter ;

Asada, Keiichi ;

Azulay, Rebecca ;

Baczko, Anne-Kathrin ;

Ball, David ;

Balokovic, Mislav ;

Barrett, John ;

Bintley, Dan ;

Blackburn, Lindy ;

Boland, Wilfred ;

Bouman, Katherine L. ;

Bower, Geoffrey C. ;

Bremer, Michael ;

Brinkerink, Christiaan D. ;

Brissenden, Roger ;

Britzen, Silke ;

Broderick, Avery E. ;

Broguiere, Dominique ;

Bronzwaer, Thomas ;

Byun, Do-Young ;

Carlstrom, John E. ;

Chael, Andrew ;

Chan, Chi-Kwan ;

Chatterjee, Shami ;

Chatterjee, Koushik ;

Chen, Ming-Tang ;

Chen, Yongjun ;

Cho, Ilje ;

Christian, Pierre ;

Conway, John E. ;

Cordes, James M. ;

Crew, Geoffrey B. ;

Cui, Yuzhu ;

Davelaar, Jordy ;

De Laurentis, Mariafelicia ;

Deane, Roger ;

Dempsey, Jessica ;

Desvignes, Gregory ;

Dexter, Jason ;

Doeleman, Sheperd S. ;

Eatough, Ralph P. ;

Falcke, Heino ;

Fish, Vincent L. ;

Fomalont, Ed ;

Fraga-Encinas, Raquel ;

Friberg, Per ;

Fromm, Christian M. ;

Gomez, Jose L. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2019, 875 (01)

[8] Equation of state of nucleon matter and neutron star structure [J].

Akmal, A ;

Pandharipande, VR ;

Ravenhall, DG .

PHYSICAL REVIEW C, 1998, 58 (03) :1804-1828

[9]

Amaro-Seoane P, 2017, Arxiv, DOI arXiv:1702.00786

[10] Cosmological instability of scalar-Gauss-Bonnet theories exhibiting scalarization [J].

Anson, T. ;

Babichev, E. ;

Charmousis, C. ;

Ramazanov, S. .

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