Voisiko gravastarit olla sisäkkäin toistensa sisällä kuin venäläinen nukke? – Fysiikan maailma

Gravastarit, hypoteettiset vaihtoehdot mustille aukkoille, voivat päätyä sisäkkäin toistensa sisään kuin venäläinen Matryoshka – uusien laskelmien mukaan, joissa kvanttimekaniikka yhdistetään Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan. Jos tällaisia ​​eksoottisia esineitä on olemassa, ne voivat paljastaa läsnäolonsa gravitaatioaaltosignaaleissa.

Mustat aukot muodostuvat suuren tähden tai mahdollisesti kaasupilven painovoiman romahtaessa pienelle alueelle, jossa painovoima on niin voimakas, ettei edes valo pääse karkaamaan.

Vuonna 2001 yhdysvaltalaiset fyysikot Pawel Mazur ja Emil Mottola osoitti, että teoriassa toinen esine voi muodostua sellaisesta romahtamisesta. He tekivät tämän yhdistämällä Einsteinin kenttäyhtälöt – jotka kuvaavat, kuinka aine ja energia vaikuttavat avaruuden ja ajan geometriaan – kvanttimekaniikkaan. Heidän analyysinsä paljasti, että kvanttivaihtelut voisivat ainakin periaatteessa estää mustan aukon singulaarisuuden muodostumisen gravitaatioromahduksen loppuvaiheessa. Pikemminkin muodostuisi uudenlainen ja outo esine, jota kutsutaan gravastariksi.

Ei tapahtumahorisonttia

Gravastar on gravitaatiovakuumikondensaattitähden kutistuminen. Jollain tapaa gravastar on kuin musta aukko. Niillä molemmilla on erittäin vahvat gravitaatiokentät ja molemmat voivat lähettää Hawking-säteilyä. Gravaastarin sydämessä ei kuitenkaan ole singulaarisuutta, eikä sillä ole tapahtumahorisonttia, jonka yli valo, aine ja informaatio voivat kulkea mutta ei koskaan palata.

Sen sijaan gravastar on de Sitter -avaruuden kupla, joka on matemaattinen kuvaus avaruudesta, joka on täynnä negatiivista energiaa. Sellaisenaan se tarjoaa yksinkertaisen mallin, joka on yhdenmukainen pimeän energian ohjaaman laajenevan universumin kanssa. Perinteisessä gravastar-mallissa tämä de Sitter -avaruuden kupla syntyy aluksi kvanttivaihteluista ja sitä rajoittaa äärettömän ohut aineen kuori.

"De Sitter -avaruus-aika haluaa laajentua, mutta gravastarissa sitä ympäröi aineen kuori, joka sen sijaan haluaa romahtaa", sanoo Luciano Rezolla, joka on teoreettisen astrofysiikan johtaja Frankfurtin Goethen yliopistossa. "Kahden vastakkaisen käyttäytymisen tasapainottaminen johtaa vakaaseen gravastariin."

Sisäkkäiset gravastarit

Nyt Rezollan jatko-opiskelija Daniel Jampolski on löytänyt uuden ratkaisun kenttäyhtälöihin, jotka kuvaavat, kuinka kaksi tai useampia gravastaria voidaan upottaa toistensa sisään kuin kosminen Matrjoška-nukke.

Jampolski ja Rezolla kutsuvat tällaista ilmiötä pesäksi, joka on lyhenne sanoista sisäkkäinen tähti. Pesän sisärakenteessa olisi de Sitter -avaruuden kupla, jota ympäröi ainekuori, jota sitten ympäröi toinen tilavuus de Sitter -avaruutta, jota ympäröi toinen ainekuori ja niin edelleen. Lisäksi ainekuoret voisivat olla äärettömän ohuita, mutta ne voivat olla paksumpia, joissain tapauksissa ne voivat muodostaa käytännössä koko pesin säteen.

"On joitain pesäkonfiguraatioita, jotka saadaan äärettömän pienestä de Sitter -sisätilasta - vain pisteestä - jota seuraa ainesisä, joka oleellisesti täyttää koko pesän, ja sitten pinnan lähellä on kaksi ohutta kuorta, joista toinen on tehty de Sitter -tilasta. – Aika, toinen aineesta, Rezzolla kertoo Fysiikan maailma. "Koska tässä tapauksessa pesä olisi enimmäkseen aineesta, sen muodostuminen voi olla vähemmän eksoottista kuin täydellisen de Sitterin sisätilojen tapauksessa."

Gravastarit ovat kuitenkin hypoteettisia ilman havainnointia niiden olemassaolosta, minkä pitäisi johtaa varovaisuuteen. Paolo Pani, Rooman Sapienza-yliopiston teoreettisen fysiikan professori, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.

"Peruskysymys on, kuinka tällaisia ​​ratkaisuja - tavallisia tai sisäkkäisiä gravastareita - voidaan ylipäätään muodostaa dynaamisesti, koska meillä ei tällä hetkellä ole yhtenäistä mallia", Pani sanoo.

Soi kuin kello

Gravastarien muodostumisen tietämättömyys ei kuitenkaan sulje pois niiden olemassaoloa. Itse asiassa ne voisivat olla kompakteissa binäärijärjestelmissä, jotka sulautuvat ja tuottavat gravitaatioaaltoja.

Kun kaksi kompaktia massiivista objektia (kuten mustat aukot tai neutronitähdet) kiertyvät toisiinsa, ne lähettävät erottuvan gravitaatioaaltosignaalin, jota kutsutaan sirkuksi. Kun esineet sulautuvat yhteen muodostaen mustan aukon, säteilevät gravitaatioaallot muistuttavat lyödyn kellon häipyvää soittoa. LIGO-Virgo-KAGRA-gravitaatioaaltoilmaisimet ovat havainneet sekä tällaisten fuusioiden sirinan että soittoäänen.

Tällainen fuusio voisi myös synnyttää gravastarin tai nestarin, ja Jampolski ja Rezolla sanovat, että näillä olisi erottuvia soittoääniä. Rezolla lisää: "Sisäisen rakenteensa vuoksi pesätähti soi eri tavalla kuin samanmassainen gravastar." Tarkemmin sanottuna erilaiset kuoret, joissa aine ja de Sitter -avaruuden rajapinta värähtelevät tietyllä tavalla, joka eroaa tavallisesta gravastarista.

Kanssa 90 gravitaatioaaltotapahtumaa toistaiseksi havaittu ja toinen havaintoajo parhaillaan käynnissä, on ollut runsaasti dataa gravastar-tunnisteen etsimiseen.

"Kaikki tähän mennessä tehdyt gravitaatioaaltojen havainnot ovat yhdenmukaisia ​​sen hypoteesin kanssa, että esineet ovat mustia aukkoja tai neutronitähtiä", Pani sanoo. "Ringdownia on kuitenkin vaikea mitata tarkasti", hän lisää, mikä jättää tilaa epävarmuudelle.

Kuoren lämmitys

Toinen tapa, jolla gravastar voisi paljastaa itsensä, on aineen kerääntyminen sen pinnalle. Mustan aukon tapauksessa aine ja valo katoavat tapahtumahorisontin ulkopuolelle, mikä on sitä Tapahtumahorizon-teleskooppi näki, kun se kuvasi supermassiivisten mustien aukkojen "varjot" M87- ja Linnunradan galaksien keskellä. Gravastarit ovat erilaisia ​​siinä mielessä, että ne ovat horisonttittomia. Vaikka osa aineesta voisi kulkea ulkokuoren läpi absorboidakseen de Sitter -avaruus-aikaa sisällä, enemmän ainetta voi vaikuttaa pintakuoreen, jolloin se paksuntaa ja saa sen kuumenemaan ja säteilemään valoa. Jos Event Horizon -teleskooppi koskaan kuvaa aktiivisesti lisääntyvää gravastaa, se näkisi tämän säteilyn, vaikkakin painovoiman punasiirtymä.

LIGO-gravitaatioaaltosignaali tukee Hawkingin aluelausetta

Rezzolla myöntää, että vaikka matematiikka saattaa toimiakin, fyysinen malli, joka kuvaa, kuinka gravastarit ja pesätähtiä voisivat olla olemassa todellisuudessa, jäävät meiltä yhä huomaamatta.

"Meillä ei todellakaan ole hyvää käsitystä siitä, kuinka gravastarit muodostuvat [ja] koska tiedämme niin vähän gravastarien muodostamisesta, näitä oletuksia on vaikea testata", Rezzolla sanoo.

Jampolski ja Rezzolla kuvaavat uutta ratkaisuaan Einsteinin kenttäyhtälöihin lehdessä Klassinen ja kvanttipainovoima.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/