Gravastars สามารถซ้อนกันเหมือนตุ๊กตารัสเซียได้หรือไม่? – โลกฟิสิกส์

Gravastars สามารถซ้อนกันเหมือนตุ๊กตารัสเซียได้หรือไม่? – โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 18 มีนาคม 2024 12:21 น

Gravastar ที่ซ้อนกัน
ทางเลือกแทนหลุมดำ: นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเกอเธ่ แฟรงก์เฟิร์ต คำนวณว่ากราวาสตาร์ที่ซ้อนกันอาจดูเหมือนตุ๊กตาทำรัง (เอื้อเฟื้อโดย: Daniel Jampolski และ Luciano Rezzolla/Goethe University Frankfurt)

Gravastars ซึ่งเป็นทางเลือกสมมุติแทนหลุมดำ อาจจบลงด้วยการซ้อนกันภายในกันเหมือนตุ๊กตา Matryoshka รัสเซีย ตามการคำนวณใหม่ที่รวมกลศาสตร์ควอนตัมเข้ากับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein หากมีวัตถุแปลกปลอมอยู่ พวกมันก็สามารถเปิดเผยการมีอยู่ของพวกมันในสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงได้

หลุมดำก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่หรืออาจเป็นเมฆก๊าซ ไปยังบริเวณเล็กๆ ที่แรงโน้มถ่วงมีความรุนแรงมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถเล็ดลอดออกไปได้

ในปี พ.ศ. 2001 นักฟิสิกส์จากสหรัฐอเมริกา ปาเวล มาซูร์ และ เอมิล มอตโตล่า แสดงให้เห็นว่าในทางทฤษฎี วัตถุอื่นอาจก่อตัวขึ้น จากการล่มสลายดังกล่าว พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการรวมสมการสนามของไอน์สไตน์ ซึ่งอธิบายว่าสสารและพลังงานส่งผลต่อเรขาคณิตของอวกาศ-เวลาอย่างไร เข้ากับกลศาสตร์ควอนตัม การวิเคราะห์ของพวกเขาเปิดเผยว่าความผันผวนของควอนตัมสามารถป้องกันการก่อตัวของเอกภาวะของหลุมดำในระหว่างขั้นตอนสุดท้ายของการล่มสลายของแรงโน้มถ่วง อย่างน้อยก็ในหลักการ แต่จะมีวัตถุชนิดใหม่ที่แปลกประหลาดที่เรียกว่ากราวาสตาร์เกิดขึ้น

ไม่มีขอบฟ้าเหตุการณ์

Gravastar คือการหดตัวของดาวคอนเดนเสทสุญญากาศแรงโน้มถ่วง ในบางแง่ กราวาสตาร์ก็เหมือนกับหลุมดำ ทั้งสองมีสนามโน้มถ่วงที่แรงมากและสามารถปล่อยรังสีฮอว์กิงออกมาได้ อย่างไรก็ตาม กราวาสตาร์ไม่มีเอกภาวะในหัวใจ และก็ไม่มีขอบเขตเหตุการณ์ที่แสง สสาร และข้อมูลสามารถผ่านไปได้แต่ไม่มีวันกลับมาอีก

แต่กราวาสตาร์กลับเป็นฟองสบู่ของอวกาศเดอซิตเตอร์ ซึ่งเป็นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของอวกาศที่เต็มไปด้วยพลังงานเชิงลบ ด้วยเหตุนี้ มันจึงเป็นแบบจำลองง่ายๆ ที่สอดคล้องกับเอกภพที่กำลังขยายตัวซึ่งขับเคลื่อนโดยพลังงานมืด ในแบบจำลองกราวาสตาร์ทั่วไป ฟองอากาศของสเปซเดอซิตเตอร์นี้ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยความผันผวนของควอนตัมและล้อมรอบด้วยเปลือกสสารที่บางเฉียบ

“อวกาศ-เวลาของเดอ ซิตเตอร์ต้องการขยายตัว แต่ในกราวาสตาร์นั้นถูกล้อมรอบด้วยเปลือกของสสารที่อยากจะพังทลายแทน” กล่าว ลูเซียโน เรโซลลาซึ่งเป็นประธานสาขาวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยเกอเธ่แห่งแฟรงก์เฟิร์ต “การปรับสมดุลของพฤติกรรมที่ตรงกันข้ามทั้งสองจะนำไปสู่กราวาสตาร์ที่มั่นคง”

Gravastars ที่ซ้อนกัน

ตอนนี้ Daniel Jampolski นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Rezolla ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาใหม่ของสมการภาคสนามที่อธิบายว่า Gravastars สองตัวขึ้นไปสามารถซ้อนกันภายในกันและกันได้เหมือนตุ๊กตา Matryoshka ในจักรวาลได้อย่างไร

Jampolski และ Rezolla เรียกปรากฏการณ์ดังกล่าวว่า Nestar ซึ่งย่อมาจากดาวฤกษ์ที่ซ้อนกัน โครงสร้างภายในของรังดาวจะมีลักษณะเป็นฟองของสเปซเดอซิตเตอร์ ซึ่งล้อมรอบด้วยเปลือกของสสาร ซึ่งจากนั้นก็ถูกล้อมรอบด้วยช่องว่างของเดอซิตเตอร์อีกปริมาตรหนึ่งที่ถูกห่อหุ้มด้วยเปลือกของสสารอื่น และอื่นๆ นอกจากนี้ แทนที่จะบางมาก เปลือกสสารอาจมีความหนามาก ในบางกรณีก็ประกอบเป็นรัศมีทั้งหมดของเนสตาร์

“มีโครงร่างของรังดาวบางอย่างที่กำหนดโดยการตกแต่งภายในของเดอ ซิตเตอร์ที่มีขนาดเล็กจิ๋ว เพียงจุดเดียว ตามมาด้วยการตกแต่งภายในของสสารที่เติมเต็มเนสตาร์ทั้งหมด จากนั้นจะมีเปลือกบางๆ สองชิ้นอยู่ใกล้พื้นผิว เปลือกหนึ่งทำจากพื้นที่ของเดอ ซิตเตอร์ –เวลา อีกเรื่องหนึ่ง” เรซโซลาบอก โลกฟิสิกส์. “เพราะในกรณีนี้ รังดาวจะถูกสร้างขึ้นจากสสารเป็นส่วนใหญ่ การก่อตัวของมันอาจจะดูแปลกน้อยกว่าในกรณีของการตกแต่งภายในโดยสมบูรณ์”

อย่างไรก็ตาม Gravastars ยังคงเป็นสมมุติฐานโดยไม่มีหลักฐานเชิงสังเกตการณ์ว่ามีอยู่จริง ซึ่งน่าจะนำไปสู่ข้อควรระวังบางประการ เปาโล ปานีซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยซาเปียนซาแห่งโรม ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาวิจัยนี้

“คำถามพื้นฐานคือวิธีการแก้ปัญหาดังกล่าว เช่น Gravastar แบบธรรมดาหรือแบบซ้อน สามารถเกิดขึ้นแบบไดนามิกได้ตั้งแต่แรก เนื่องจากขณะนี้เรายังไม่มีแบบจำลองที่สอดคล้องกัน” Pani กล่าว

ดังก้องเหมือนระฆัง

อย่างไรก็ตาม การไม่รู้ว่า Gravastars ก่อตัวขึ้นได้อย่างไรไม่ได้กีดกันการดำรงอยู่ของพวกมัน แท้จริงแล้วพวกมันอาจมีอยู่ในระบบดาวคู่ขนาดกะทัดรัดที่ผสานและก่อให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง

เมื่อวัตถุขนาดใหญ่กะทัดรัดสองชิ้น (เช่น หลุมดำหรือดาวนิวตรอน) หมุนวนเข้าหากัน พวกมันจะส่งสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่โดดเด่นซึ่งเรียกว่าเสียงร้องเจี๊ยก ๆ เมื่อวัตถุรวมตัวกันจนกลายเป็นหลุมดำ คลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจะมีลักษณะคล้ายกับเสียงระฆังที่ดังขึ้น ทั้งเสียงร้องและเสียงระฆังดังขึ้นจากการควบรวมดังกล่าวได้รับการสังเกตโดยเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง LIGO–Virgo–KAGRA

การควบรวมกิจการดังกล่าวอาจสร้างกราฟาสตาร์หรือเนสตาร์ได้ และ Jampolski และ Rezolla กล่าวว่าสิ่งเหล่านี้จะมีสัญญาณวงแหวนดาวน์ที่ชัดเจน Rezolla กล่าวเสริมว่า "เนสตาร์จะมีวงแหวนแตกต่างจากกราวาสตาร์ที่มีมวลเท่ากันเนื่องจากมีโครงสร้างภายใน" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เปลือกต่างๆ ที่สสารและส่วนต่อประสานอวกาศของเดอซิตเตอร์จะแกว่งในลักษณะเฉพาะ แตกต่างจากกราวาสตาร์ทั่วไป

กับ เหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วง 90 เหตุการณ์ จนถึงขณะนี้มีการตรวจพบ และการดำเนินการสังเกตการณ์อื่นที่กำลังดำเนินการอยู่ มีข้อมูลมากมายที่จะค้นหาลายเซ็นกราวาสตาร์

“การสำรวจคลื่นความโน้มถ่วงทั้งหมดจนถึงขณะนี้สอดคล้องกับสมมติฐานที่ว่าวัตถุนั้นเป็นหลุมดำหรือดาวนิวตรอน” ปานีกล่าว “อย่างไรก็ตาม วงแหวนลงนั้นยากที่จะวัดได้อย่างแม่นยำ” เขากล่าวเสริม ซึ่งทำให้มีความไม่แน่นอนอยู่บ้าง

ให้ความร้อนแก่เปลือก

อีกวิธีหนึ่งที่กราวาสตาร์สามารถเปิดเผยตัวเองได้คือการสะสมของสสารลงบนพื้นผิว ในกรณีของหลุมดำ สสารและแสงจะหายไปเลยขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งก็คือสิ่งนี้ กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ มองเห็นเมื่อถ่ายภาพ “เงา” ของหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใจกลางกาแลคซี M87 และทางช้างเผือก Gravastars มีความแตกต่างตรงที่ไม่มีขอบฟ้า ในขณะที่สสารบางชนิดสามารถผ่านเปลือกนอกเพื่อให้ช่องว่าง-เวลาของเดอ ซิตเตอร์ดูดซับได้ แต่มีสสารจำนวนมากที่อาจส่งผลกระทบต่อเปลือกพื้นผิว ทำให้หนาขึ้น และทำให้มันร้อนขึ้นและเปล่งแสง ถ้ากล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซันจับภาพกราวาสตาร์ที่กำลังสะสมอยู่ ก็จะเห็นการเปล่งแสงนี้ แม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเคลื่อนไปทางสีแดงอย่างมากก็ตาม

Rezzolla ยอมรับว่าแม้ว่าคณิตศาสตร์อาจได้ผล แต่แบบจำลองทางกายภาพที่อธิบายว่ากราวาสตาร์และเนสตาร์สามารถดำรงอยู่ได้อย่างไรในความเป็นจริงยังคงหลบเลี่ยงเราอยู่

“เราไม่มีความคิดที่ดีจริงๆ ว่ากราวาสตาร์ก่อตัวอย่างไร (และ) เนื่องจากเรารู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับเรื่องที่ประกอบเป็นกราวาสตาร์ สมมติฐานเหล่านี้จึงยากที่จะทดสอบ” Rezzolla กล่าว

Jampolski และ Rezzolla บรรยายถึงคำตอบใหม่ของพวกเขาต่อสมการภาคสนามของไอน์สไตน์ในวารสาร ความโน้มถ่วงแบบคลาสสิกและควอนตัม.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

เคยรู้สึกว่าประสบการณ์ของมนุษย์ทั่วไปของคุณกำลังถูกลดทอนสิทธิ์หรือไม่? มันเป็นความผิดของ 'ผู้จุดไฟทางวิทยาศาสตร์'

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1764857
ประทับเวลา: พฤศจิกายน 30, 2022