Bisakah gravastar bersarang di dalam satu sama lain seperti boneka Rusia? – Dunia Fisika

Gravastar, yang merupakan alternatif hipotetis lubang hitam, bisa saja bersarang di dalam satu sama lain seperti boneka Matryoshka Rusia – menurut perhitungan baru yang menggabungkan mekanika kuantum dengan teori relativitas umum Einstein. Jika benda-benda eksotik tersebut memang ada, mereka dapat mengungkapkan keberadaannya dalam sinyal gelombang gravitasi.

Lubang hitam terbentuk akibat keruntuhan gravitasi sebuah bintang besar, atau mungkin awan gas, ke wilayah kecil yang gravitasinya begitu kuat sehingga cahaya pun tidak bisa lepas.

Pada tahun 2001 fisikawan yang berbasis di AS Pawel Mazur dan Emil Mottola menunjukkan bahwa, secara teori, benda lain bisa terbentuk dari keruntuhan seperti itu. Mereka melakukan ini dengan menggabungkan persamaan medan Einstein – yang menggambarkan bagaimana materi dan energi mempengaruhi geometri ruang-waktu – dengan mekanika kuantum. Analisis mereka mengungkapkan bahwa fluktuasi kuantum dapat mencegah pembentukan singularitas lubang hitam selama tahap akhir keruntuhan gravitasi, setidaknya secara prinsip. Sebaliknya, jenis objek baru dan aneh yang disebut gravastar akan terbentuk.

Tidak ada cakrawala peristiwa

Gravastar adalah kontraksi bintang kondensat vakum gravitasi. Dalam beberapa hal, gravastar mirip dengan lubang hitam. Keduanya memiliki medan gravitasi yang sangat kuat dan sama-sama dapat memancarkan radiasi Hawking. Namun, gravastar tidak memiliki singularitas pada intinya, juga tidak memiliki cakrawala peristiwa yang di luarnya cahaya, materi, dan informasi dapat lewat namun tidak akan pernah kembali.

Sebaliknya, gravastar adalah gelembung ruang de Sitter, yang merupakan deskripsi matematis dari ruang yang dipenuhi energi negatif. Dengan demikian, ini memberikan model sederhana yang konsisten dengan perluasan alam semesta yang didorong oleh energi gelap. Dalam model gravastar konvensional, gelembung ruang de Sitter ini awalnya tercipta oleh fluktuasi kuantum dan dibatasi oleh lapisan materi yang sangat tipis.

“Ruang-waktu de Sitter ingin mengembang, namun di bintang grava ia dikelilingi oleh cangkang materi yang malah ingin runtuh,” kata Luciano Rezolla, yang merupakan ketua astrofisika teoretis di Universitas Goethe Frankfurt. “Menyeimbangkan dua perilaku berlawanan akan menghasilkan gravastar yang stabil.”

Gravastar bersarang

Kini, mahasiswa pascasarjana Rezolla, Daniel Jampolski, telah menemukan solusi baru terhadap persamaan medan yang menggambarkan bagaimana dua atau lebih gravastar dapat bersarang di dalam satu sama lain seperti boneka kosmik Matryoshka.

Jampolski dan Rezolla menyebut fenomena seperti itu sebagai nestar, yang merupakan kependekan dari nested star. Struktur interior sebuah sarang akan menampilkan gelembung ruang de Sitter, dikelilingi oleh cangkang materi, yang kemudian dikelilingi oleh volume ruang de Sitter lain yang terbungkus oleh cangkang materi lain, dan seterusnya. Selain itu, cangkang materi bisa saja memiliki ketebalan yang cukup besar, bukannya sangat tipis, dan dalam beberapa kasus hampir menutupi seluruh radius sarang.

“Ada beberapa konfigurasi sarang yang diberikan oleh interior de Sitter yang sangat kecil – hanya sebuah titik – diikuti oleh interior materi yang pada dasarnya mengisi seluruh sarang, dan kemudian ada dua cangkang tipis di dekat permukaan, yang satu terbuat dari ruang de Sitter. –waktu, yang lainnya adalah materi,” kata Rezzolla Dunia Fisika. “Karena dalam kasus ini sarangnya sebagian besar terbuat dari materi, pembentukannya mungkin kurang eksotik dibandingkan kasus interior de Sitter yang lengkap.”

Namun, bintang gravastar masih bersifat hipotetis tanpa adanya bukti pengamatan bahwa mereka ada, sehingga perlu ada kehati-hatian Paolo Pani, seorang profesor fisika teoretis di Universitas Sapienza Roma, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

“Pertanyaan mendasarnya adalah bagaimana solusi semacam itu – gravastar biasa atau yang bersarang – dapat terbentuk secara dinamis, karena saat ini kita tidak memiliki model yang konsisten,” kata Pani.

Berdering seperti bel

Namun, tidak mengetahui bagaimana bentuk gravastar tidak mengesampingkan keberadaan mereka. Memang, mereka bisa saja ada dalam sistem biner kompak yang bergabung dan menghasilkan gelombang gravitasi.

Ketika dua objek masif yang kompak (seperti lubang hitam atau bintang neutron) berputar satu sama lain, mereka memancarkan sinyal gelombang gravitasi khas yang disebut kicauan. Ketika objek-objek tersebut bergabung membentuk lubang hitam, gelombang gravitasi yang dipancarkan menyerupai bunyi lonceng yang memudar. Kicauan dan deringan dari penggabungan tersebut telah diamati oleh detektor gelombang gravitasi LIGO – Virgo – KAGRA.

Penggabungan semacam itu juga dapat menciptakan gravastar atau nestar, dan Jampolski serta Rezolla mengatakan bahwa hal ini akan memberikan sinyal penghentian yang berbeda. Rezolla menambahkan, “Nestar akan menghasilkan suara yang berbeda dari gravastar dengan massa yang sama karena struktur internalnya.” Secara khusus, berbagai cangkang tempat antarmuka materi dan ruang de Sitter akan berosilasi dengan cara tertentu, berbeda dari bintang gravastar biasa.

Dengan 90 peristiwa gelombang gravitasi telah terdeteksi sejauh ini, dan pengamatan lain sedang berlangsung, ada banyak data untuk mencari tanda tangan gravastar.

“Semua pengamatan gelombang gravitasi sejauh ini konsisten dengan hipotesis bahwa objek tersebut adalah lubang hitam atau bintang neutron,” kata Pani. “Namun, tindakan pencegahan ini sulit diukur secara akurat,” tambahnya, sehingga memberikan ruang bagi ketidakpastian.

Memanaskan cangkangnya

Cara lain gravastar dapat menampakkan dirinya adalah melalui pertambahan materi ke permukaannya. Dalam kasus lubang hitam, materi dan cahaya menghilang melampaui cakrawala peristiwa, dan hal inilah yang terjadi Teleskop Horizon Peristiwa terlihat ketika ia menggambarkan “bayangan” lubang hitam supermasif di pusat galaksi M87 dan Bima Sakti. Gravastar berbeda karena tidak memiliki cakrawala. Meskipun beberapa materi dapat melewati kulit terluar untuk diserap oleh ruang-waktu de Sitter di dalamnya, lebih banyak materi dapat berdampak pada permukaan kulit, membuatnya lebih tebal dan menyebabkannya memanas dan memancarkan cahaya. Jika Event Horizon Telescope pernah memotret bintang grava yang sedang bertambah secara aktif, ia akan melihat emisi ini, meskipun mengalami pergeseran merah yang sangat besar karena gravitasi.

Sinyal gelombang gravitasi LIGO mendukung teorema luas Hawking

Rezzolla mengakui bahwa meskipun matematika mungkin berhasil, model fisik yang menggambarkan bagaimana gravastar dan nestar bisa ada dalam kenyataan masih belum kita ketahui.

“Kami benar-benar tidak memiliki gagasan yang baik tentang bagaimana bintang gravastar terbentuk [dan] karena kami hanya mengetahui sedikit tentang materi yang membentuk bintang gravastar, asumsi ini sulit untuk diuji,” kata Rezzolla.

Jampolski dan Rezzolla menjelaskan solusi baru mereka terhadap persamaan medan Einstein di jurnal Gravitasi Klasik dan Kuantum.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/