Могут ли гравастары быть вложены друг в друга, как матрешка? – Мир физики

Согласно новым расчетам, сочетающим квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна, гравастары, гипотетические альтернативы черным дырам, могут оказаться вложенными друг в друга, как русская матрешка. Если такие экзотические объекты существуют, они могли бы обнаружить свое присутствие в гравитационно-волновых сигналах.

Черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса большой звезды или, возможно, газового облака в крошечную область, где гравитация настолько сильна, что даже свет не может покинуть ее.

В 2001 году американские физики Павел Мазур и Эмиль Моттола показал, что теоретически другой объект может образоваться от такого краха. Они сделали это, объединив уравнения поля Эйнштейна, описывающие, как материя и энергия влияют на геометрию пространства-времени, с квантовой механикой. Их анализ показал, что квантовые флуктуации могут предотвратить образование сингулярности черной дыры на заключительных стадиях гравитационного коллапса, по крайней мере, в принципе. Скорее всего, сформировался новый и причудливый тип объекта, названный гравастар.

Нет горизонта событий

Гравастар — это сжатие гравитационно-вакуумной конденсатной звезды. В некотором смысле гравастар похож на черную дыру. Они оба имеют чрезвычайно сильные гравитационные поля и могут излучать излучение Хокинга. Однако гравастар не имеет ни сингулярности в своей основе, ни горизонта событий, за пределы которого свет, материя и информация могут пройти, но никогда не вернуться.

Вместо этого гравастар — это пузырь деситтеровского пространства, которое представляет собой математическое описание пространства, наполненного отрицательной энергией. Таким образом, она представляет собой простую модель, согласующуюся с расширяющейся Вселенной, движимой темной энергией. В традиционной модели гравастара этот пузырь деситтеровского пространства изначально создается квантовыми флуктуациями и ограничен бесконечно тонкой оболочкой материи.

«Пространство-время Де Ситтера хочет расширяться, но в гравастаре оно окружено оболочкой материи, которая вместо этого хочет схлопнуться», — говорит Лучано Резолла, который является заведующим кафедрой теоретической астрофизики Франкфуртского университета имени Гете. «Балансирование двух противоположных поведений приводит к стабильному гравастару».

Вложенные гравастары

Теперь аспирант Резоллы Дэниел Ямпольски нашел новое решение уравнений поля, которое описывает, как две или более гравазвезды могут быть вложены друг в друга, как космическая матрешка.

Ямпольски и Резолла называют такое явление «нестар», что означает «вложенная звезда». Внутренняя структура незвезды представляет собой пузырь деситтеровского пространства, окруженный оболочкой материи, которая затем окружена другим объемом деситтеровского пространства, заключенным в другую оболочку материи, и так далее. Кроме того, материальные оболочки не были бесконечно тонкими, а могли иметь значительную толщину, в некоторых случаях составляющую практически весь радиус незвезды.

«Есть некоторые конфигурации незвезды, которые задаются бесконечно малой внутренней частью де Ситтера – всего лишь точкой – за которой следует внутренняя часть материи, которая по существу заполняет всю незвезду, а затем есть две тонкие оболочки вблизи поверхности, одна из которых состоит из пространства де Ситтера. – время, другое из материи», – говорит Резцолла. Мир физики. «Поскольку в этом случае незвезда будет состоять в основном из материи, ее формирование может быть менее экзотичным, чем в случае полного интерьера Де Ситтера».

Тем не менее, гравазвезды остаются гипотетическими, без каких-либо наблюдательных доказательств их существования, что должно привести к некоторой осторожности, говорит эксперт. Паоло Пани, профессора теоретической физики Римского университета Сапиенца, который не принимал участия в исследовании.

«Фундаментальный вопрос заключается в том, как такие решения — обычные или вложенные гравастары — могут формироваться динамически, поскольку в настоящее время у нас нет последовательной модели», — говорит Пани.

Звонок как колокол

Однако незнание того, как формируются гравастары, не исключает их существования. Действительно, они могли бы существовать в компактных двойных системах, которые сливаются и производят гравитационные волны.

Когда два компактных массивных объекта (таких как черные дыры или нейтронные звезды) сливаются друг с другом по спирали, они излучают характерный гравитационно-волновой сигнал, называемый чирпом. Когда объекты сливаются, образуя черную дыру, испускаемые гравитационные волны напоминают затухающий звон ударенного колокола. И чирп, и звон в результате таких слияний наблюдались детекторами гравитационных волн LIGO-Virgo-KAGRA.

Такое слияние могло бы также создать гравастар или нестар, и Ямпольски и Резолла говорят, что они будут иметь отличительные сигналы вызова. Резолла добавляет: «Из-за своей внутренней структуры звук нестара будет отличаться от звука гравазвезды той же массы». В частности, различные оболочки, в которых взаимодействуют материя и деситтеровское пространство, будут колебаться определенным образом, в отличие от обычной гравазвезды.

Доступно 90 гравитационно-волновых событий поскольку она была обнаружена до сих пор, и в настоящее время проводится еще одна серия наблюдений, имеется много данных для поиска сигнатуры гравастара.

«Все наблюдения гравитационных волн до сих пор согласуются с гипотезой о том, что эти объекты являются черными дырами или нейтронными звездами», — говорит Пани. «Однако уровень сигнала трудно измерить точно», — добавляет он, что оставляет некоторую неопределенность.

Нагрев корпуса

Другой способ проявления гравастара — это аккреция материи на его поверхность. В случае черной дыры материя и свет исчезают за горизонтом событий. Телескоп телескопа событий увидел, когда сфотографировал «тени» сверхмассивных черных дыр в центре галактик M87 и Млечного Пути. Гравастары отличаются тем, что у них нет горизонта. Хотя некоторая часть материи может пройти через внешнюю оболочку и быть поглощена внутренним пространством-временем Де Ситтера, большее количество материи может воздействовать на поверхностную оболочку, делая ее толще и заставляя ее нагреваться и излучать свет. Если бы телескоп «Горизонт событий» когда-либо смог бы получить изображение активно аккрецирующей гравазвезды, он бы увидел это излучение, хотя и сильно смещенное в красную область под действием гравитации.

Гравитационно-волновой сигнал LIGO подтверждает теорему Хокинга о площадях

Резцолла признает, что, хотя математика может работать, физическая модель, описывающая, как гравастары и нестары могут существовать в реальности, все еще ускользает от нас.

«Мы действительно не имеем хорошего представления о том, как формируются гравазвезды, [и] поскольку мы так мало знаем о материи, из которой состоят гравазвезды, эти предположения трудно проверить», — говорит Резцолла.

Ямпольски и Реццолла описывают свое новое решение уравнений поля Эйнштейна в журнале. Классическая и Квантовая Гравитация.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/