האם גראבסטרים יכולים לקנן אחד בתוך השני כמו בובה רוסית? - עולם הפיזיקה

גראבסטרים, חלופות היפותטיות לחורים שחורים, עלולים לקנן זה בזה כמו בובת מטריושקה רוסית - על פי חישובים חדשים המשלבים מכניקת קוונטים עם תורת היחסות הכללית של איינשטיין. אם קיימים אובייקטים אקזוטיים כאלה, הם יכולים לחשוף את נוכחותם באותות של גלי כבידה.

חורים שחורים נוצרים על ידי קריסת כבידה של כוכב גדול, או אולי ענן גז, לאזור זעיר שבו כוח הכבידה כה חזק שאפילו אור לא יכול לברוח.

בשנת 2001 הפיזיקאים בארה"ב פאבל מזור ו אמיל מוטולה הראה כי בתיאוריה, יכול להיווצר חפץ אחר מקריסה כזו. הם עשו זאת על ידי שילוב משוואות השדה של איינשטיין - המתארות כיצד חומר ואנרגיה משפיעים על הגיאומטריה של מרחב-זמן - עם מכניקת הקוונטים. הניתוח שלהם גילה שתנודות קוונטיות יכולות למנוע היווצרות של ייחוד חור שחור בשלבים האחרונים של קריסת הכבידה, לפחות באופן עקרוני. במקום זאת, יווצר סוג חדש ומוזר של חפצים הנקרא גראבסטר.

אין אופק אירועים

Gravastar הוא התכווצות של כוכב עיבוי ואקום גרביטציוני. במובנים מסוימים גראבסטר הוא כמו חור שחור. לשניהם יש שדות כבידה חזקים במיוחד ושניהם יכולים לפלוט קרינת הוקינג. עם זאת, לגראבסטר אין ייחוד בלבו, וגם אין לו אופק אירועים שמעבר לו אור, חומר ומידע יכולים לעבור אך לעולם לא לחזור.

במקום זאת, גראבסטר הוא בועה של חלל דה סיטר, שהוא תיאור מתמטי של חלל מלא באנרגיה שלילית. ככזה, הוא מספק מודל פשוט העולה בקנה אחד עם יקום מתרחב המונע על ידי אנרגיה אפלה. במודל הגראבסטר המקובל הבועה הזו של מרחב דה סיטר נוצרת בתחילה על ידי התנודות הקוונטיות ותחומה על ידי מעטפת חומר דקה לאין שיעור.

"מרחב דה סיטר - הזמן רוצה להתרחב אבל בגרבסטאר הוא מוקף במעטפת של חומר שבמקום זאת רוצה להתמוטט", אומר לוצ'יאנו רזולה, שהוא היו"ר לאסטרופיזיקה תיאורטית באוניברסיטת גתה בפרנקפורט. "איזון בין שתי ההתנהגויות ההפוכות מוביל לגראבסטר יציב."

גראבסטרים מקוננים

כעת, תלמידו של רזולה, דניאל ג'מפולסקי, מצא פתרון חדש למשוואות השדה המתאר כיצד ניתן לקנן שני גראבסטרים או יותר זה בתוך זה כמו בובת מטריושקה קוסמית.

ג'מפולסקי ורזולה מכנים תופעה כזו נסטאר, שהוא קיצור של כוכב מקנן. המבנה הפנימי של נסטאר יכלול בועה של חלל דה סיטר, מוקפת במעטפת של חומר, אשר לאחר מכן מוקפת בנפח נוסף של חלל דה סיטר שעטוף במעטפת נוספת של חומר, וכן הלאה. בנוסף, במקום להיות דקות לאין שיעור, לקליפות החומר עשויות להיות עובי משמעותי, ובמקרים מסוימים להוות כמעט את כל הרדיוס של הנסטאר.

"יש כמה תצורות של נסטאר הניתנות על ידי פנים דה סיטר קטן לאין שיעור - רק נקודה - ואחריו פנים חומר שממלא בעצם את כל הנסטאר, ואז יש שתי קונכיות דקות ליד פני השטח, אחת עשויה מחלל דה סיטר -זמן, השני של החומר," אומר רזולה עולם הפיזיקה. "מכיוון שבמקרה זה הנסטאר עשוי ברובו מחומר, היווצרותו עשויה להיות פחות אקזוטית מאשר במקרה של פנים דה סיטר שלם."

עם זאת, גראבסטרים נשארים היפותטיים ללא הוכחות תצפיתיות שהם קיימים, מה שאמור להוביל לזהירות מסוימת, אומר פאולו פאני, פרופסור לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת Sapienza ברומא, שלא היה מעורב במחקר.

"שאלה מהותית היא כיצד פתרונות כאלה - גראבסטרים רגילים או מקוננים - יכולים להיווצר באופן דינמי מלכתחילה, מכיוון שאין לנו כרגע מודל עקבי", אומר פאני.

מצלצל כמו פעמון

עם זאת, אי הידיעה כיצד נוצרים גראבסטרים אינה שולל את קיומם. אכן, הם יכולים להתקיים במערכות בינאריות קומפקטיות שמתמזגות ומייצרות גלי כבידה.

כששני עצמים מסיביים קומפקטיים (כגון חורים שחורים או כוכבי נויטרונים) מסתחררים אחד לתוך השני, הם משדרים אות גל כבידה ייחודי הנקרא ציוץ. כאשר העצמים מתמזגים ליצירת חור שחור, גלי הכבידה הנפלטים דומים לצלצול דועך של פעמון שנפגע. גם הציוץ וגם הצלצול ממיזוגים כאלה נצפו על ידי גלאי גלי הכבידה LIGO-Virgo-KAGRA.

מיזוג כזה יכול גם ליצור גראבסטר או נסטאר, וג'מפולסקי ורזולה אומרים שלאלה יהיו אותות ביטול מובהקים. רזולה מוסיף, "נסטאר יצלצל בצורה שונה מגראבסטר מאותה מסה בגלל המבנה הפנימי שלו." באופן ספציפי, הקליפות השונות שבהן החומר וממשק החלל של דה סיטר יתנדנדו בצורה מסוימת, להבדיל מגראבסטר רגיל.

עם 90 אירועי גלי כבידה לאחר שזוהה עד כה, ועוד ריצת תצפית מתנהלת כעת, היו הרבה נתונים שבהם ניתן לחפש חתימת גראבסטר.

"כל תצפיות גלי הכבידה עד כה תואמות את ההשערה שהעצמים הם חורים שחורים או כוכבי נויטרונים", אומר פאני. "עם זאת, קשה למדוד את ה-ringdown במדויק", הוא מוסיף, מה שמותיר מקום לאי ודאות.

חימום הקליפה

דרך נוספת שבה גראבסטר יכול לחשוף את עצמו היא על ידי הצטברות החומר על פני השטח שלו. במקרה של חור שחור, החומר והאור נעלמים מעבר לאופק האירועים, וזה מה שה טלסקופ אופק לאירוע ראה כשדילם את ה"צללים" של החורים השחורים העל-מאסיביים במרכז הגלקסיות M87 ושביל החלב. גראבסטרים שונים בכך שהם חסרי אופק. בעוד שחומר מסוים יכול לעבור דרך הקליפה החיצונית להיספג במרחב-זמן של דה סיטר בפנים, חומר נוסף עלול להשפיע על מעטפת פני השטח, להפוך אותה לעבה יותר ולגרום לה להתחמם ולפלוט אור. אם טלסקופ אופק האירועים היה מצלם אי פעם גרבסטר שצובר באופן פעיל, הוא היה רואה את הפליטה הזו, אם כי הוסט מאוד לאדום על ידי כוח הכבידה.

אות גלי כבידה של LIGO מגבה את משפט השטח של הוקינג

רזולה מודה שלמרות שהמתמטיקה עשויה לעבוד, מודל פיזיקלי המתאר כיצד גראבסטרים ונסטארים יכולים להתקיים במציאות עדיין חומק מאיתנו.

"אין לנו באמת מושג לגבי האופן שבו נוצרים גראבסטרים [ומכיוון שאנחנו יודעים כל כך מעט על החומר המהווה גרבסטארים, קשה לבדוק את ההנחות האלה", אומר רזולה.

ג'מפולסקי ורצולה מתארים את הפתרון החדש שלהם למשוואות השדה של איינשטיין בכתב העת כבידה קלאסית וקוואנטית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/