Bi lahko bile gravastars ugnezdene ena v drugo kot ruska lutka? – Svet fizike

Gravastars, hipotetične alternative črnim luknjam, bi lahko končale ugnezdene druga v drugo kot ruska matrjoška – glede na nove izračune, ki združujejo kvantno mehaniko z Einsteinovo splošno teorijo relativnosti. Če takšni eksotični predmeti obstajajo, bi lahko razkrili svojo prisotnost v signalih gravitacijskih valov.

Črne luknje nastanejo zaradi gravitacijskega kolapsa velike zvezde ali morda plinskega oblaka v majhno območje, kjer je gravitacija tako močna, da niti svetloba ne more uiti.

Leta 2001 so ameriški fiziki Pavel Mazur in Emil Mottola pokazala, da je v teoriji lahko nastane drug predmet od takega kolapsa. To jim je uspelo z združitvijo Einsteinovih enačb polja – ki opisujejo, kako snov in energija vplivata na geometrijo prostora–časa – s kvantno mehaniko. Njihova analiza je razkrila, da bi lahko kvantne fluktuacije preprečile nastanek singularnosti črne luknje v zadnjih fazah gravitacijskega kolapsa, vsaj načeloma. Namesto tega bi nastala nova in bizarna vrsta predmeta, imenovana gravastar.

Brez obzorja dogodkov

Gravastar je kontrakcija gravitacijske vakuumske kondenzne zvezde. Na nek način je gravastar kot črna luknja. Oba imata izjemno močna gravitacijska polja in oba lahko oddajata Hawkingovo sevanje. Vendar pa gravastar nima singularnosti v svojem srcu, niti nima obzorja dogodkov, onkraj katerega lahko svetloba, snov in informacije preidejo, a se nikoli ne vrnejo.

Namesto tega je gravastar mehurček de Sitterjevega prostora, ki je matematični opis prostora, napolnjenega z negativno energijo. Kot tak zagotavlja preprost model, ki je skladen s širitvijo vesolja, ki ga poganja temna energija. V običajnem modelu gravastar ta mehurček de Sitterjevega prostora na začetku ustvarijo kvantne fluktuacije in ga omejuje neskončno tanka lupina snovi.

"De Sitterjev prostor-čas se želi razširiti, toda v gravastarju je obdan z lupino snovi, ki se namesto tega želi zrušiti," pravi Luciano Rezolla, ki je predstojnik teoretične astrofizike na Goethejevi univerzi v Frankfurtu. "Uravnoteženje dveh nasprotnih vedenj vodi do stabilne gravastar."

Ugnezdeni gravastarji

Zdaj je Rezollin podiplomski študent Daniel Jampolski našel novo rešitev enačb polja, ki opisuje, kako sta lahko dve ali več gravazvez ugnezdeni ena v drugo kot kozmična matrjoška.

Jampolski in Rezolla tak pojav imenujeta nestar, kar je okrajšava za nested star. Notranja struktura nestarja bi vsebovala mehurček de Sitterjevega prostora, obdan z lupino snovi, ki je nato obdana z drugim volumnom de Sitterjevega prostora, ki je obdan z drugo lupino snovi, in tako naprej. Poleg tega so lupine snovi lahko precej debele, namesto da bi bile neskončno tanke, in v nekaterih primerih predstavljale praktično celoten polmer nestarja.

»Obstaja nekaj konfiguracij nestarja, ki jih daje neskončno majhna de Sitterjeva notranjost – samo točka –, ki ji sledi notranjost snovi, ki v bistvu zapolnjuje celoten nestar, nato pa sta blizu površine dve tanki lupini, ena je narejena iz de Sitterjevega prostora. – čas, drugi del materije,« pravi Rezzolla Svet fizike. "Ker bi bil v tem primeru nestar večinoma sestavljen iz snovi, je lahko njegova tvorba manj eksotična kot v primeru popolne de Sitterjeve notranjosti."

Vendar pa gravastars ostajajo hipotetični brez opazovalnih dokazov, da obstajajo, kar bi moralo voditi do določene previdnosti, pravi Paolo Pani, profesor teoretične fizike na univerzi Sapienza v Rimu, ki ni bil vključen v študijo.

"Temeljno vprašanje je, kako se lahko takšne rešitve - navadne ali ugnezdene gravastars - sploh oblikujejo dinamično, saj trenutno nimamo doslednega modela," pravi Pani.

Zvoni kot zvonec

Vendar nevedenje, kako gravastars nastanejo, ne izključuje njihovega obstoja. Dejansko bi lahko obstajali v kompaktnih binarnih sistemih, ki se združujejo in proizvajajo gravitacijske valove.

Ko se dva kompaktna masivna predmeta (kot so črne luknje ali nevtronske zvezde) spirala drug v drugega, oddajata značilen signal gravitacijskih valov, imenovan čirp. Ko se predmeti združijo in ustvarijo črno luknjo, gravitacijski valovi, ki se oddajajo, spominjajo na umirjeno zvonjenje udarjenega zvona. Detektorji gravitacijskih valov LIGO–Virgo–KAGRA so opazili tako čirkanje kot zvonjenje zaradi takih združitev.

Takšna združitev bi lahko ustvarila tudi gravastar ali nestar, Jampolski in Rezolla pa pravita, da bi imela značilne signale zvonjenja. Rezolla dodaja: "Nestar bi zaradi svoje notranje strukture zvonil drugače kot gravastar enake mase." Natančneje, različne lupine, kjer se stikajo snov in de Sitterjev prostor, bi nihale na poseben način, ki se razlikuje od običajne gravastar.

z 90 dogodkov gravitacijskih valov ker je bil doslej odkrit in trenutno poteka še eno opazovanje, je bilo veliko podatkov za iskanje podpisa gravastar.

»Vsa dosedanja opazovanja gravitacijskih valov so skladna s hipotezo, da so predmeti črne luknje ali nevtronske zvezde,« pravi Pani. "Vendar je ringdown težko natančno izmeriti," dodaja, kar pušča nekaj prostora za negotovost.

Ogrevanje lupine

Drug način, na katerega bi se gravastar lahko razkril, je akrecija snovi na njegovo površino. V primeru črne luknje materija in svetloba izgineta za obzorjem dogodkov, kar je Teleskop Horizon Horizon videl, ko je posnel "sence" supermasivnih črnih lukenj v središču galaksij M87 in Rimske ceste. Gravastars se razlikujejo po tem, da so brez horizonta. Medtem ko bi nekaj snovi lahko prešlo skozi zunanjo lupino, da bi jo absorbiral de Sitterjev prostor-čas v notranjosti, bi lahko več snovi vplivalo na površinsko lupino, jo naredilo debelejšo in povzročilo, da se segreje in oddaja svetlobo. Če bi teleskop Event Horizon kdaj posnel gravastar, ki se aktivno kopiči, bi videl to emisijo, čeprav je zaradi gravitacije močno premaknjena v rdeče.

Signal gravitacijskih valov LIGO podpira Hawkingov izrek o površini

Rezzolla priznava, da čeprav bi matematika morda delovala, se nam fizični model, ki opisuje, kako bi lahko gravastars in nestars obstajali v resnici, še vedno izmika.

"Resnično nimamo dobre predstave o tem, kako nastanejo gravastars [in] ker vemo tako malo o zadevi, ki sestavlja gravastars, je te predpostavke težko preizkusiti," pravi Rezzolla.

Jampolski in Rezzolla opisujeta svojo novo rešitev Einsteinovih enačb polja v reviji Klasična in kvantna gravitacija.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/