Kas gravastarid võiksid olla üksteise sees nagu vene nukk? - Füüsikamaailm

Gravastarid, mustade aukude hüpoteetilised alternatiivid, võivad sattuda üksteise sisse nagu vene matrjoška – vastavalt uutele arvutustele, mis ühendavad kvantmehaanika Einsteini üldise relatiivsusteooriaga. Kui sellised eksootilised objektid on olemas, võivad nad avaldada oma kohalolekut gravitatsioonilainete signaalides.

Mustad augud tekivad suure tähe või võib-olla ka gaasipilve gravitatsioonilise kokkuvarisemise tagajärjel väikesesse piirkonda, kus gravitatsioon on nii tugev, et isegi valgus ei pääse välja.

Aastal 2001 USA-s asuvad füüsikud Pawel Mazur ja Emil Mottola näitas, et teoreetiliselt võiks tekkida teine ​​objekt sellisest kokkuvarisemisest. Nad tegid seda, ühendades Einsteini väljavõrrandid – mis kirjeldavad, kuidas aine ja energia mõjutavad aegruumi geomeetriat – kvantmehaanikaga. Nende analüüs näitas, et kvantkõikumised võivad vähemalt põhimõtteliselt takistada musta augu singulaarsuse teket gravitatsioonilise kollapsi lõppfaasis. Pigem tekiks uus ja veider objektitüüp, mida nimetatakse gravastariks.

Sündmushorisont puudub

Gravastar on gravitatsioonilise vaakumkondensaadi kokkutõmbumine. Mõnes mõttes on gravastar nagu must auk. Neil mõlemal on äärmiselt tugev gravitatsiooniväli ja mõlemad võivad kiirata Hawkingi kiirgust. Kuid gravastari südames ei ole singulaarsust ega ka sündmuste horisonti, millest valgus, mateeria ja informatsioon pääseksid läbi, kuid mitte kunagi tagasi.

Selle asemel on gravastar de Sitteri ruumi mull, mis on negatiivse energiaga täidetud ruumi matemaatiline kirjeldus. Sellisena pakub see lihtsat mudelit, mis on kooskõlas pimedast energiast juhitud paisuva universumiga. Tavalises gravastari mudelis tekitavad selle de Sitteri ruumi mulli algselt kvantkõikumised ja seda piirab lõpmatult õhuke aine kest.

"De Sitteri aegruum tahab laieneda, kuid gravastaris ümbritseb seda mateeria kest, mis selle asemel tahab kokku kukkuda," ütleb Luciano Rezolla, kes on Frankfurdi Goethe ülikooli teoreetilise astrofüüsika õppetool. "Kahe vastandliku käitumise tasakaalustamine viib stabiilse gravastarini."

Pesastatud gravastarid

Nüüd on Rezolla magistrant Daniel Jampolski leidnud väljavõrranditele uue lahenduse, mis kirjeldab, kuidas kaks või enam gravavastarit saab üksteise sisse pesitseda nagu kosmiline Matrjoška.

Jampolski ja Rezolla nimetavad sellist nähtust pesaks, mis on lühend sõnadest pesatäht. Pesa sisestruktuuris oleks de Sitteri ruumi mull, mida ümbritseb aine kest, mida seejärel ümbritseb veel üks de Sitteri ruumi maht, mis on ümbritsetud teise mateeria kestaga ja nii edasi. Lisaks võivad aine kestad olla lõpmata õhukesed, kuid need võivad olla üsna paksud, moodustades mõnel juhul praktiliselt kogu pesa raadiuse.

"On mõned pesakonfiguratsioonid, mille annab lõpmatult väike de Sitteri sisemus - lihtsalt punkt -, millele järgneb aine sisemus, mis sisuliselt täidab kogu pesa, ja seejärel on pinna lähedal kaks õhukest kesta, millest üks on tehtud de Sitteri ruumist. – aeg, teine ​​ainest,” räägib Rezzolla Füüsika maailm. "Kuna sel juhul koosneks pesal peamiselt ainest, võib selle teke olla vähem eksootiline kui täieliku de Sitteri sisemuse puhul."

Gravastarid jäävad siiski hüpoteetiliseks, ilma et nende olemasolu kohta oleks vaatluslikke tõendeid, mis peaks viima teatud ettevaatusele. Paolo Pani, Rooma Sapienza ülikooli teoreetilise füüsika professor, kes ei osalenud uuringus.

"Põhiküsimus on see, kuidas selliseid lahendusi – tavalisi või pesastatud gravastareid – üldse dünaamiliselt moodustada, kuna meil pole praegu ühtset mudelit," räägib Pani.

Heliseb nagu kelluke

Gravastarite moodustumise teadmatus ei välista aga nende olemasolu. Tõepoolest, need võivad eksisteerida kompaktsetes kahendsüsteemides, mis ühinevad ja tekitavad gravitatsioonilaineid.

Kui kaks kompaktset massiivset objekti (nagu mustad augud või neutrontähed) teineteisesse keerlevad, edastavad nad iseloomulikku gravitatsioonilaine signaali, mida nimetatakse piiksumiseks. Kui objektid ühinevad musta augu moodustamiseks, meenutavad eralduvad gravitatsioonilained löödud kella hääbuvat helinat. LIGO-Virgo-KAGRA gravitatsioonilainete detektorid on täheldanud nii sellistest ühinemistest tulenevat helinat kui ka helinat.

Selline ühinemine võib luua ka gravastari või nestari ning Jampolski ja Rezolla ütlevad, et neil oleks iseloomulikud helisignaalid. Rezolla lisab: "Pesa heliseb oma sisemise struktuuri tõttu erinevalt sama massiga gravastarist." Täpsemalt, erinevad kestad, kus aine ja de Sitteri ruumi liides võnguvad kindlal viisil, mis erineb tavalisest gravastarist.

koos 90 gravitatsioonilaine sündmust Kuna see on seni tuvastatud ja praegu on käimas veel üks vaatluskäik, on gravastari allkirja otsimiseks olnud palju andmeid.

"Kõik senised gravitatsioonilainete vaatlused on kooskõlas hüpoteesiga, et objektid on mustad augud või neutrontähed, " ütleb Pani. "Ringdowni on aga raske täpselt mõõta," lisab ta, mis jätab ruumi ebakindluseks.

Kesta kuumutamine

Teine viis, kuidas gravastar saaks end ilmutada, on aine kogunemine selle pinnale. Musta augu puhul kaovad mateeria ja valgus sündmuste horisondi taha, mis on see Event Horizon'i teleskoop nägi, kui see kujutas M87 ja Linnutee galaktikate keskmes asuvate ülimassiivsete mustade aukude "varju". Gravastarid erinevad selle poolest, et nad on ilma horisondita. Kuigi osa ainest võib läbida väliskesta, et neelata de Sitteri aegruumis, võib rohkem ainet mõjutada pinnakest, muutes selle paksemaks ja põhjustades selle kuumenemise ja valguse kiirgamise. Kui Teleskoop Event Horizon peaks kunagi pildistama aktiivselt koonduvat gravastari, näeks see seda emissiooni, ehkki gravitatsiooni poolt tugevalt punanihkena.

LIGO gravitatsioonilaine signaal toetab Hawkingi ala teoreemi

Rezzolla möönab, et kuigi matemaatika võib toimida, jääb meist siiski kõrvale füüsiline mudel, mis kirjeldab, kuidas gravastarid ja pesakesed tegelikkuses eksisteerivad.

"Meil pole tõesti head ettekujutust selle kohta, kuidas gravastarid moodustuvad, [ja] kuna me teame nii vähe sellest, mis ainet moodustavad, on neid eeldusi raske kontrollida, " ütleb Rezzolla.

Jampolski ja Rezzolla kirjeldavad ajakirjas oma uut lahendust Einsteini väljavõrranditele Klassikaline ja kvantgravitatsioon.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/