Ar putea gravastarurile să fie imbricate unul în celălalt ca o păpușă rusească? – Lumea Fizicii

Gravastarurile, alternative ipotetice la găurile negre, ar putea ajunge să fie cuibărite una în alta ca o păpușă matrioșcă rusă – conform noilor calcule care combină mecanica cuantică cu teoria generală a relativității a lui Einstein. Dacă astfel de obiecte exotice există, ele ar putea dezvălui prezența lor în semnalele undelor gravitaționale.

Găurile negre se formează prin prăbușirea gravitațională a unei stele mari sau, eventual, a unui nor de gaz, într-o regiune mică în care gravitația este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa.

În 2001, fizicienii din SUA Pawel Mazur și Emil Mottola a arătat că, în teorie, s-ar putea forma un alt obiect dintr-un astfel de colaps. Au făcut acest lucru combinând ecuațiile de câmp ale lui Einstein – care descriu modul în care materia și energia afectează geometria spațiului-timp – cu mecanica cuantică. Analiza lor a arătat că fluctuațiile cuantice ar putea preveni formarea unei singularități de găuri negre în timpul etapelor finale ale colapsului gravitațional, cel puțin în principiu. Mai degrabă, s-ar forma un tip nou și bizar de obiect numit gravastar.

Fără orizont de evenimente

Gravastar este o contracție a stelei de condensat în vid gravitațional. În anumite privințe, un gravastar este ca o gaură neagră. Ambele au câmpuri gravitaționale extrem de puternice și ambele pot emite radiații Hawking. Cu toate acestea, un gravastar nu are o singularitate în inima sa și nici nu are un orizont de evenimente dincolo de care lumina, materia și informațiile pot trece, dar nu se pot întoarce niciodată.

În schimb, un gravastar este o bula de spațiu de Sitter, care este o descriere matematică a spațiului plin cu energie negativă. Ca atare, oferă un model simplu care este în concordanță cu un univers în expansiune condus de energia întunecată. În modelul convențional gravastar, această bula de spațiu de Sitter este creată inițial de fluctuațiile cuantice și delimitată de o înveliș de materie infinitezimal de subțire.

„Un de Sitter spațiu-timp vrea să se extindă, dar într-un gravastar este înconjurat de o înveliș de materie care, în schimb, vrea să se prăbușească”, spune Luciano Rezolla, care este catedra de astrofizică teoretică la Universitatea Goethe din Frankfurt. „Echilibrarea celor două comportamente opuse duce la un gravastar stabil.”

Gravastars imbricate

Acum, studentul absolvent al lui Rezolla, Daniel Jampolski, a găsit o nouă soluție pentru ecuațiile de câmp care descrie modul în care două sau mai multe gravastaruri pot fi imbricate unul în celălalt ca o păpușă Matryoshka cosmică.

Jampolski și Rezolla numesc un astfel de fenomen un nestar, care este prescurtarea de la steaua imbricată. Structura interioară a unui nestar ar prezenta o bula de spațiu de Sitter, înconjurată de o înveliș de materie, care este apoi înconjurată de un alt volum de spațiu de Sitter care este învelit de o altă înveliș de materie și așa mai departe. În plus, mai degrabă decât să fie infinit de subțiri, învelișurile de materie ar putea avea o grosime substanțială, în unele cazuri alcătuind practic întreaga rază a nestarului.

„Există câteva configurații de nestar care sunt date de un interior infinitezimal de mic de Sitter – doar un punct – urmat de un interior de materie care umple, în esență, întregul nestar, și apoi există două cochilii subțiri lângă suprafață, una făcută din spațiul de Sitter. – timpul, celălalt al materiei”, spune Rezzolla Lumea fizicii. „Deoarece în acest caz, nestarul ar fi făcut în mare parte din materie, formarea sa poate fi mai puțin exotică decât în ​​cazul unui interior complet de Sitter.”

Cu toate acestea, gravastarurile rămân ipotetice, fără dovezi observaționale că ele există, ceea ce ar trebui să conducă la o anumită precauție. Paolo Pani, profesor de fizică teoretică la Universitatea Sapienza din Roma, care nu a fost implicat în studiu.

„O întrebare fundamentală este cum astfel de soluții – gravastaruri obișnuite sau imbricate – pot fi formate dinamic în primul rând, deoarece în prezent nu avem un model consistent”, spune Pani.

Sună ca un clopoțel

Cu toate acestea, a nu ști cum se formează gravastarurile nu exclude existența lor. Într-adevăr, ele ar putea exista în sisteme binare compacte care fuzionează și produc unde gravitaționale.

Pe măsură ce două obiecte compacte masive (cum ar fi găurile negre sau stele cu neutroni) spiralează una în alta, ele transmit un semnal distinctiv de undă gravitațională numit ciripit. Când obiectele se îmbină pentru a crea o gaură neagră, undele gravitaționale care sunt emise seamănă cu sunetul estompat al unui clopoțel lovit. Atât ciripitul, cât și sunetul de la astfel de fuziuni au fost observate de detectoarele de unde gravitaționale LIGO-Virgo-KAGRA.

O astfel de fuziune ar putea crea, de asemenea, un gravastar sau un nestar, iar Jampolski și Rezolla spun că acestea ar avea semnale distinctive de apelare. Rezolla adaugă: „Un nestar s-ar suna diferit de un gravastar de aceeași masă datorită structurii sale interne.” Mai exact, diferitele shell-uri în care materia și interfața spațiului de Sitter ar oscila într-un mod special, diferit de un gravastar obișnuit.

cu 90 de evenimente cu unde gravitaționale fiind detectate până acum și o altă observare în curs de desfășurare, au existat o mulțime de date în care să căutați o semnătură gravastar.

„Toate observațiile undelor gravitaționale de până acum sunt în concordanță cu ipoteza că obiectele sunt găuri negre sau stele neutronice”, spune Pani. „Cu toate acestea, este greu de măsurat cu acuratețe ritmul de referință”, adaugă el, ceea ce lasă loc pentru incertitudine.

Încălzirea carcasei

Un alt mod în care un gravastar s-ar putea dezvălui este prin acumularea de materie pe suprafața sa. În cazul unei găuri negre, materia și lumina dispar dincolo de orizontul evenimentelor, ceea ce este Event Horizon Telescope a văzut când a imaginat „umbrele” găurilor negre supermasive din centrul galaxiilor M87 și Calea Lactee. Gravastars sunt diferiți prin faptul că sunt fără orizont. În timp ce o parte din materie ar putea trece prin învelișul exterior pentru a fi absorbită de spațiul-timp de la de Sitter, mai multă materie ar putea afecta învelișul de suprafață, făcând-o mai groasă și făcând-o să se încălzească și să emită lumină. Dacă Telescopul Event Horizon ar imagina vreodată un gravastar în creștere activă, ar vedea această emisie, deși foarte deplasată spre roșu de gravitație.

Semnalul undelor gravitaționale LIGO susține teorema ariei lui Hawking

Rezzolla admite că, deși matematica ar putea funcționa, un model fizic care descrie modul în care gravastarurile și nestarii ar putea exista în realitate încă ne eludează.

„Nu avem într-adevăr o idee bună despre modul în care se formează gravastarurile [și] din moment ce știm atât de puține despre materia care constituie gravastarurile, aceste ipoteze sunt dificil de testat”, spune Rezzolla.

Jampolski și Rezzolla descriu noua lor soluție la ecuațiile de câmp ale lui Einstein în jurnal Gravitația clasică și cuantică.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/