Lehetséges, hogy a gravastarok egymásba ágyazódnak, mint egy orosz baba? – A fizika világa

A fekete lyukak hipotetikus alternatívái, a Gravastarok egymásba ágyazva, mint egy orosz Matrjoska baba – az új számítások szerint, amelyek a kvantummechanikát Einstein általános relativitáselméletével ötvözik. Ha léteznek ilyen egzotikus objektumok, felfedhetik jelenlétüket a gravitációs hullámjelekben.

A fekete lyukak egy nagy csillag, vagy esetleg egy gázfelhő gravitációs összeomlásakor keletkeznek egy olyan parányi régióba, ahol a gravitáció olyan erős, hogy még a fény sem tud kiszabadulni.

2001-ben az USA-beli fizikusok Pawel Mazur és a Mottola Emil megmutatta, hogy elméletileg egy másik tárgy is kialakulhatna egy ilyen összeomlástól. Ezt úgy tették, hogy Einstein téregyenleteit – amelyek leírják, hogy az anyag és az energia hogyan befolyásolják a tér-idő geometriáját – kombinálták a kvantummechanikával. Elemzésük feltárta, hogy a kvantumfluktuációk legalábbis elvben megakadályozhatják a fekete lyuk szingularitás kialakulását a gravitációs összeomlás végső szakaszában. Inkább egy új és bizarr típusú objektum alakulna ki, amelyet gravastárnak neveznek.

Nincs eseményhorizont

A Gravastar a gravitációs vákuumkondenzátum csillag összehúzódása. Bizonyos szempontból a gravastar olyan, mint egy fekete lyuk. Mindkettőnek rendkívül erős gravitációs mezője van, és mindkettő képes Hawking-sugárzást kibocsátani. A gravastar szívében azonban nincs szingularitás, és nincs eseményhorizontja sem, amelyen túl a fény, az anyag és az információ áthaladhat, de soha nem térhet vissza.

Ehelyett a gravastar a de Sitter tér buboréka, amely a negatív energiával töltött tér matematikai leírása. Mint ilyen, egyszerű modellt nyújt, amely összhangban van a sötét energia által vezérelt táguló univerzummal. A hagyományos gravastar modellben ezt a de Sitter-tér buborékát kezdetben a kvantumfluktuációk hozzák létre, és egy végtelenül vékony anyagburok határolja.

"A de Sitter téridő tágulni akar, de egy gravastárban egy anyagburok veszi körül, amely ehelyett össze akar omlani" Luciano Rezolla, aki a Frankfurti Goethe Egyetem elméleti asztrofizika tanszéke. "A két ellentétes viselkedés egyensúlya stabil gravastárhoz vezet."

Fészkelt gravavastarák

Most Rezolla végzős diákja, Daniel Jampolski új megoldást talált a mezőegyenletekre, amelyek leírják, hogyan lehet két vagy több gravasztárt egymásba ágyazni, mint egy kozmikus Matrjoska babát.

Jampolski és Rezolla az ilyen jelenséget nestarnak nevezi, ami a beágyazott csillag rövidítése. A fészek belső szerkezete egy de Sitter-tér buborékot tartalmazna, amelyet egy anyagburok vesz körül, amelyet aztán egy másik térfogatú de Sitter tér vesz körül, amelyet egy másik anyagburok vesz körül, és így tovább. Ezen túlmenően, ahelyett, hogy végtelenül vékonyak lennének, az anyaghéjak jelentős vastagságúak lehetnek, és bizonyos esetekben gyakorlatilag a fészek teljes sugarát alkothatják.

„Vannak olyan fészekkonfigurációk, amelyeket egy végtelenül kicsi de Sitter belső – csak egy pont – ad meg egy anyagbelső, amely lényegében kitölti az egész fészket, majd a felszín közelében van két vékony kagyló, az egyik de Sitter térből készült. – az idő, a másik az anyagé” – meséli Rezzolla Fizika Világa. "Mivel ebben az esetben a fészek nagyrészt anyagból állna, kialakulása kevésbé egzotikus lehet, mint egy teljes de Sitter-belső esetében."

A gravvastarok azonban továbbra is hipotetikusak, és nincs megfigyelési bizonyíték a létezésükre, ami némi óvatosságra ad okot. Paolo Pani, a római Sapienza Egyetem elméleti fizika professzora, aki nem vett részt a vizsgálatban.

„Alapvető kérdés, hogy egyáltalán hogyan lehet dinamikusan kialakítani az ilyen megoldásokat – közönséges vagy egymásba ágyazott gravatárokat, hiszen jelenleg nincs konzisztens modellünk” – mondja Pani.

Csengő, mint egy harang

Azonban az sem zárja ki létezésüket, hogy nem tudjuk, hogyan alakulnak ki a gravatárok. Valójában kompakt bináris rendszerekben létezhetnek, amelyek egyesülnek és gravitációs hullámokat hoznak létre.

Amikor két kompakt, nagy tömegű objektum (például fekete lyukak vagy neutroncsillagok) spirálisan egymásba ívelve sugároznak egy jellegzetes gravitációs hullámot, amelyet csipogásnak neveznek. Amikor az objektumok összeolvadnak és fekete lyukat hoznak létre, a kibocsátott gravitációs hullámok egy megütött harang elhalványuló csengésére hasonlítanak. A LIGO–Virgo–KAGRA gravitációs hullámdetektorok az ilyen összeolvadások csipogását és csengetését egyaránt megfigyelték.

Egy ilyen összeolvadás egy gravastárt vagy nestart is létrehozhat, és Jampolski és Rezolla szerint ezeknek jellegzetes csengési jelei lennének. Rezolla hozzáteszi: „Belső szerkezete miatt egy fészekcsillag másképp csengetne le, mint egy azonos tömegű gravastar.” Pontosabban, a különféle héjak, ahol az anyag és a de Sitter tér interfésze bizonyos módon oszcillálna, ami különbözik a szokásos gravastartól.

A 90 gravitációs hullám esemény Az eddigi észlelések és a jelenleg folyamatban lévő újabb megfigyelési futás után rengeteg adat található a gravastar aláírásának kereséséhez.

"Minden eddigi gravitációs hullám megfigyelés összhangban van azzal a hipotézissel, hogy az objektumok fekete lyukak vagy neutroncsillagok" - mondja Pani. „A lecsengést azonban nehéz pontosan mérni” – teszi hozzá, ami némi teret hagy a bizonytalanságnak.

A héj melegítése

Egy másik módja annak, hogy a gravastár felfedje magát, az anyag felhalmozódása a felszínén. Fekete lyuk esetén az anyag és a fény eltűnik az eseményhorizonton túl, ami az Esemény Horizon Teleszkóp látta, amikor leképezte a szupermasszív fekete lyukak „árnyékát” az M87 és a Tejút galaxisok közepén. A Gravastarok abban különböznek egymástól, hogy horizont nélküliek. Míg bizonyos anyagok áthaladhatnak a külső héjon, hogy a de Sitter téridőben elnyeljék, több anyag hathat a felszíni héjra, vastagabbá téve azt, és felmelegszik, és fényt bocsát ki. Ha az Event Horizon Telescope valaha is leképezne egy aktívan felszaporodó gravastárt, akkor ezt a kibocsátást látná, bár a gravitáció erősen vöröseltolódott.

A LIGO gravitációs hullám jele alátámasztja a Hawking-féle területtételt

Rezzolla elismeri, hogy bár a matematika működhet, egy fizikai modell, amely leírná, hogyan létezhetnek a gravatárok és a fészkesek a valóságban, még mindig elkerül bennünket.

„Igazán nincs jó elképzelésünk arról, hogyan képződnek a gravatárok, [és] mivel olyan keveset tudunk a gravastarokat alkotó anyagokról, ezeket a feltételezéseket nehéz ellenőrizni” – mondja Rezzolla.

Jampolski és Rezzolla a folyóiratban ismerteti az Einstein-féle mezőegyenletek új megoldását Klasszikus és kvantumgravitáció.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/