Чи можуть гравазірки вкладатися одна в одну, як російська матрьошка? – Світ фізики

Згідно з новими розрахунками, які поєднують квантову механіку із загальною теорією відносності Ейнштейна, Gravastars, гіпотетична альтернатива чорним дірам, можуть опинитись вкладеними одна в одну, як російська матрьошка. Якщо такі екзотичні об’єкти існують, вони можуть виявити свою присутність у сигналах гравітаційних хвиль.

Чорні діри утворюються внаслідок гравітаційного колапсу великої зірки або, можливо, газової хмари, до крихітної області, де гравітація настільки сильна, що навіть світло не може вирватися.

У 2001 році американські фізики Павло Мазур та Еміль Моттола показали, що в теорії, може утворитися інший об'єкт від такого краху. Вони зробили це, поєднавши рівняння поля Ейнштейна, які описують, як матерія та енергія впливають на геометрію простору-часу, з квантовою механікою. Їхній аналіз показав, що квантові флуктуації можуть запобігти утворенню сингулярності чорної діри на останніх стадіях гравітаційного колапсу, принаймні в принципі. Швидше утворився б новий і дивний тип об’єкта під назвою гравазірка.

Немає горизонту подій

Гравастар — це стиснення гравітаційної вакуумно-конденсатної зірки. У певному сенсі гравастар схожий на чорну діру. Обидва вони мають надзвичайно сильні гравітаційні поля і можуть випромінювати випромінювання Хокінга. Однак гравазірка не має сингулярності в своєму серці, а також не має горизонту подій, за який світло, матерія та інформація можуть проходити, але ніколи не повертатися.

Натомість гравастар — це бульбашка простору де Сіттера, що є математичним описом простору, наповненого негативною енергією. Таким чином, він забезпечує просту модель, яка узгоджується з розширюваним Всесвітом, керованим темною енергією. У традиційній моделі Gravastar ця бульбашка простору де Сіттера спочатку створюється квантовими флуктуаціями та обмежена нескінченно тонкою оболонкою матерії.

«Простір-час де Сіттера хоче розширюватися, але в гравазірці він оточений оболонкою матерії, яка натомість хоче зруйнуватися», — каже Лучано Рецолла, який є кафедрою теоретичної астрофізики Франкфуртського університету Гете. «Збалансування двох протилежних поведінок призводить до стабільної гравазірки».

Вкладені гравазірки

Тепер аспірант Резолли Даніель Ямпольський знайшов нове рішення рівнянь поля, яке описує, як дві або більше гравазірок можуть бути вкладені одна в одну, як космічна матрьошка.

Ямпольський і Резолла називають таке явище nestar, що скорочено від nested star. Внутрішня структура нестару міститиме міхур із простору де Сіттера, оточений оболонкою матерії, яка потім оточена іншим об’ємом простору де Сіттера, який оточений іншою оболонкою матерії, і так далі. Крім того, замість того, щоб бути нескінченно тонкими, оболонки матерії можуть мати значну товщину, у деяких випадках становлячи практично весь радіус nestar.

«Існують деякі конфігурації гнізда, які задані нескінченно малою внутрішньою частиною де Сіттера – лише точкою – за якою слідує внутрішньою речовиною, яка, по суті, заповнює весь незір, а потім є дві тонкі оболонки поблизу поверхні, одна з яких складається з простору де Сіттера. – час, інша частина матерії», – розповідає Реццолла Світ фізики. «Оскільки в цьому випадку нестар буде складатися здебільшого з матерії, його формування може бути менш екзотичним, ніж у випадку повного інтер’єру де Сіттера».

Однак гравазірки залишаються гіпотетичними без спостережень, які підтверджують їх існування, що повинно викликати деяку обережність, каже Паоло Пані, професор теоретичної фізики Римського університету Сапієнца, який не брав участі в дослідженні.

«Фундаментальне питання полягає в тому, як такі рішення — звичайні або вкладені гравастари — взагалі можуть бути сформовані динамічно, оскільки наразі у нас немає узгодженої моделі», — говорить Пані.

Дзвенить як дзвін

Однак незнання того, як утворюються гравазірки, не виключає їх існування. Дійсно, вони можуть існувати в компактних подвійних системах, які зливаються і створюють гравітаційні хвилі.

Коли два компактних масивних об’єкти (наприклад, чорні діри або нейтронні зірки) обертаються один до одного по спіралі, вони видають характерний сигнал гравітаційної хвилі, який називається чирпом. Коли об’єкти зливаються, утворюючи чорну діру, гравітаційні хвилі, що випромінюються, нагадують затихаючий дзвін вдареного дзвона. Детектори гравітаційних хвиль LIGO–Virgo–KAGRA спостерігали як чіпчання, так і затишок від таких злиття.

Таке злиття може також створити гравазірку або нестару, і Ямпольський і Резолла кажуть, що вони матимуть характерні сигнали дзвінка. Резолла додає: «Нестар буде дзвонити інакше, ніж гравазірка такої ж маси через свою внутрішню структуру». Зокрема, різні оболонки, де взаємодіють матерія та простір де Сіттера, коливатимуться певним чином, відмінним від звичайної гравазірки.

з 90 гравітаційно-хвильових явищ будучи виявленим на даний момент, і зараз проводяться інші спостереження, було багато даних для пошуку сигнатур gravastar.

«Усі спостереження гравітаційних хвиль наразі узгоджуються з гіпотезою про те, що ці об’єкти є чорними дірами або нейтронними зірками», — каже Пані. «Однак рингдаун важко точно виміряти», — додає він, що залишає місце для невизначеності.

Нагрівання оболонки

Інший спосіб, у який гравазірка може проявити себе, це акреція речовини на її поверхню. У випадку чорної діри матерія і світло зникають за горизонтом подій, що і є Телескоп подій Horizon побачив, коли зобразив «тіні» надмасивних чорних дір у центрі галактик M87 і Чумацького Шляху. Gravastars відрізняються тим, що вони безгоризонтні. У той час як деяка кількість матерії може пройти через зовнішню оболонку, щоб бути поглиненою простором-часом де Сіттера всередині, більше речовини може впливати на поверхневу оболонку, роблячи її товщі та змушуючи її нагріватися та випромінювати світло. Якби телескоп Event Horizon коли-небудь зміг зобразити гравазірку, що активно зрощується, він побачив би це випромінювання, хоча й із сильним червоним зміщенням через гравітацію.

Сигнал гравітаційної хвилі LIGO підтверджує теорему про площу Гокінга

Реццолла визнає, що хоча математика може працювати, фізична модель, яка описує, як гравазірки та незірки можуть існувати в реальності, досі вислизає від нас.

«Ми дійсно не маємо хорошого уявлення про те, як утворюються гравазірки [і] оскільки ми так мало знаємо про матерію, що становить гравазірки, ці припущення важко перевірити», — говорить Реццолла.

Ямпольський і Реццолла описують своє нове рішення рівнянь поля Ейнштейна в журналі Класична та квантова гравітація.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/