Gwiazda jak lalka Matrioszka: Nowa teoria gravastarów

Gwiazda jak lalka Matrioszka: Nowa teoria gravastarów

Gdyby gwiazdy kondensatu grawitacyjnego (lub gravastary) rzeczywiście istniały, dla odległego obserwatora wyglądałyby podobnie do czarnych dziur. Dwóch fizyków teoretycznych z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie znalazło nowe rozwiązanie ogólnej teorii względności Alberta Einsteina, zgodnie z którą gwiazdy grawitacyjne mogą mieć budowę przypominającą rosyjską lalkę matryoszkę, z jedną grawagwiazdą umieszczoną wewnątrz drugiej.

Wnętrze czarnych dziur pozostaje zagadką dla nauki. W 1916 roku niemiecki fizyk Karl Schwarzschild nakreślił rozwiązanie równań ogólnej teorii względności Alberta Einsteina, zgodnie z którym środek czarnej dziury składa się z tak zwanej osobliwości, czyli punktu, w którym przestrzeń i czas już nie istnieją. W tym przypadku, zgodnie z teorią, wszystkie prawa fizyczne, w tym ogólna teoria względności Einsteina, nie mają już zastosowania; zasada przyczynowości zostaje zawieszona. Stanowi to wielką uciążliwość dla nauki: oznacza przecież, że żadna informacja nie może uciec z czarnej dziury poza tzw. horyzontem zdarzeń.

Może to być powodem, dla którego rozwiązanie Schwarzschilda przez długi czas nie cieszyło się dużym zainteresowaniem poza sferą teoretyczną – to znaczy do czasu odkrycia pierwszego kandydata na czarną dziurę w 1971 r., a następnie odkrycia czarnej dziury w centrum naszej Drogi Mlecznej w 2000 roku i wreszcie pierwszy obraz czarnej dziury wykonany przez współpracę w ramach Event Horizon Telescope Collaboration w 2019 roku.

W 2001 roku Paweł Mazur i Emil Mottola zaproponowali inne rozwiązanie równań pola Einsteina, które doprowadziło do powstania obiektów, które nazwali gwiazdami kondensatu grawitacyjnego, czyli gravastarami. W przeciwieństwie do czarnych dziur, gravastary mają kilka zalet z teoretycznego punktu widzenia astrofizyki. Z jednej strony są prawie tak zwarte jak czarne dziury, a także wykazują na swojej powierzchni grawitację zasadniczo tak silną jak czarna dziura, a zatem ze względów praktycznych przypominają czarną dziurę. Z drugiej strony gravastary nie posiadają horyzontu zdarzeń, czyli granicy, z której nie może zostać wysłana żadna informacja, a ich rdzeń nie zawiera osobliwości. Zamiast tego centrum grawastarów składa się z egzotycznej – ciemnej – energii, która wywiera ujemne ciśnienie na ogromną siłę grawitacji ściskającą gwiazdę. Powierzchnię gravastarów reprezentuje cienka jak opłatek powłoka zwykłej materii, której grubość zbliża się do zera.

Fizycy teoretyczni Daniel Jampolski i prof. Luciano Rezzolla z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie zaprezentowali rozwiązanie równań pola ogólnej teorii względności opisujących istnienie gravastary wewnątrz innej gravastary. Nadali temu hipotetycznemu obiektowi niebieskiemu nazwę „nestar” (od angielskiego „zagnieżdżony”).

Daniel Jampolski, który odkrył rozwiązanie w ramach swojej pracy licencjackiej pod kierunkiem Luciano Rezzolli, mówi: „Nestar jest jak lalka matrioszka” i dodaje, że „nasze rozwiązanie równań pola pozwala na całą serię zagnieżdżonych grawastarów”. Podczas gdy Mazur i Mottola zakładają, że gravastar ma niemal nieskończoną cienką powłokę składającą się ze zwykłej materii, skorupa zbudowana z materii Nestara jest nieco grubsza: „Trochę łatwiej jest sobie wyobrazić, że coś takiego może istnieć”.

Luciano Rezzolla, profesor astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie Goethego, wyjaśnia: „To wspaniale, że nawet 100 lat po tym, jak Schwarzschild przedstawił swoje pierwsze rozwiązanie równań pola Einsteina z ogólnej teorii względności, wciąż można znaleźć nowe rozwiązania. To trochę jak znalezienie złotą monetę na ścieżce, którą badało już wielu innych. Niestety nadal nie mamy pojęcia, jak można stworzyć taką gravastar. Ale nawet jeśli Nestary nie istnieją, badanie matematycznych właściwości tych rozwiązań ostatecznie pomaga nam lepiej zrozumieć czarne dziury.”

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]
science