Τα Gravastars, υποθετικές εναλλακτικές για τις μαύρες τρύπες, θα μπορούσαν να καταλήξουν φωλιασμένα το ένα μέσα στο άλλο σαν μια ρωσική κούκλα Matryoshka - σύμφωνα με νέους υπολογισμούς που συνδυάζουν την κβαντική μηχανική με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Εάν υπάρχουν τέτοια εξωτικά αντικείμενα, θα μπορούσαν να αποκαλύψουν την παρουσία τους σε σήματα βαρυτικών κυμάτων.

Οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται από τη βαρυτική κατάρρευση ενός μεγάλου αστεριού, ή πιθανώς ενός νέφους αερίου, σε μια μικροσκοπική περιοχή όπου η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που ούτε το φως μπορεί να διαφύγει.

Το 2001 οι φυσικοί με έδρα τις ΗΠΑ Πάβελ Μαζούρ και Εμίλ Μοτόλα έδειξε ότι, θεωρητικά, θα μπορούσε να σχηματιστεί ένα άλλο αντικείμενο από μια τέτοια κατάρρευση. Το έκαναν αυτό συνδυάζοντας τις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν – οι οποίες περιγράφουν πώς η ύλη και η ενέργεια επηρεάζουν τη γεωμετρία του χωροχρόνου – με την κβαντική μηχανική. Η ανάλυσή τους αποκάλυψε ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις θα μπορούσαν να αποτρέψουν τον σχηματισμό μιας ιδιομορφίας μαύρης τρύπας κατά τα τελικά στάδια της βαρυτικής κατάρρευσης, τουλάχιστον κατ' αρχήν. Αντίθετα, θα σχηματιζόταν ένας νέος και παράξενος τύπος αντικειμένου που ονομάζεται gravastar.

Χωρίς ορίζοντας γεγονότων

Το Gravastar είναι μια συστολή του αστέρα συμπυκνώματος βαρυτικού κενού. Κατά κάποιο τρόπο ένα gravastar είναι σαν μια μαύρη τρύπα. Και οι δύο έχουν εξαιρετικά ισχυρά βαρυτικά πεδία και μπορούν και οι δύο να εκπέμπουν ακτινοβολία Hawking. Ωστόσο, ένα gravastar δεν έχει μια μοναδικότητα στην καρδιά του, ούτε έχει έναν ορίζοντα γεγονότων πέρα ​​από τον οποίο το φως, η ύλη και οι πληροφορίες μπορούν να περάσουν αλλά να μην επιστρέψουν ποτέ.

Αντίθετα, ένα gravastar είναι μια φούσκα του χώρου de Sitter, η οποία είναι μια μαθηματική περιγραφή του χώρου γεμάτο με αρνητική ενέργεια. Ως εκ τούτου, παρέχει ένα απλό μοντέλο που είναι συνεπές με ένα διαστελλόμενο σύμπαν που οδηγείται από τη σκοτεινή ενέργεια. Στο συμβατικό μοντέλο gravastar αυτή η φυσαλίδα του χώρου de Sitter δημιουργείται αρχικά από τις κβαντικές διακυμάνσεις και οριοθετείται από ένα απειροελάχιστα λεπτό κέλυφος ύλης.

«Ένας χωροχρόνος de Sitter θέλει να επεκταθεί, αλλά σε ένα gravastar περιβάλλεται από ένα κέλυφος ύλης που αντίθετα θέλει να καταρρεύσει», λέει. Λουτσιάνο Ρεζόλα, ο οποίος είναι ο πρόεδρος της θεωρητικής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο Γκαίτε της Φρανκφούρτης. «Η εξισορρόπηση των δύο αντίθετων συμπεριφορών οδηγεί σε ένα σταθερό gravastar».

Φωλιασμένα gravastars

Τώρα, ο μεταπτυχιακός φοιτητής του Rezolla, Daniel Jampolski, βρήκε μια νέα λύση στις εξισώσεις πεδίου που περιγράφει πώς δύο ή περισσότερα gravastar μπορούν να φωλιαστούν το ένα μέσα στο άλλο σαν μια κοσμική κούκλα Matryoshka.

Ο Jampolski και ο Rezolla αποκαλούν ένα τέτοιο φαινόμενο nestar, το οποίο είναι σύντομο για το ένθετο αστέρι. Η εσωτερική δομή ενός nestar θα είχε μια φυσαλίδα του χώρου de Sitter, που περιβάλλεται από ένα κέλυφος ύλης, το οποίο στη συνέχεια περιβάλλεται από έναν άλλο όγκο του χώρου de Sitter που περιβάλλεται από ένα άλλο κέλυφος ύλης, και ούτω καθεξής. Επιπλέον, αντί να είναι απειροελάχιστα λεπτά, τα κελύφη της ύλης θα μπορούσαν να έχουν σημαντικό πάχος, σε ορισμένες περιπτώσεις να αποτελούν σχεδόν ολόκληρη την ακτίνα του νεστάρ.

«Υπάρχουν κάποιες διαμορφώσεις nestar που δίνονται από ένα απειροελάχιστα μικρό εσωτερικό de Sitter – μόνο ένα σημείο – ακολουθούμενο από ένα εσωτερικό ύλης που ουσιαστικά γεμίζει ολόκληρο το nestar, και μετά υπάρχουν δύο λεπτά κελύφη κοντά στην επιφάνεια, το ένα από χώρο de Sitter –ο χρόνος, ο άλλος της ύλης», λέει ο Ρετσόλα Κόσμος Φυσικής. «Επειδή σε αυτή την περίπτωση το nestar θα είναι ως επί το πλείστον φτιαγμένο από ύλη, ο σχηματισμός του μπορεί να είναι λιγότερο εξωτικός από ό,τι στην περίπτωση ενός ολοκληρωμένου εσωτερικού de Sitter».

Ωστόσο, οι gravastars παραμένουν υποθετικοί χωρίς παρατηρητικές αποδείξεις ότι υπάρχουν, κάτι που θα πρέπει να οδηγήσει σε κάποια προσοχή λέει Πάολο Πάνι, καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

«Ένα θεμελιώδες ερώτημα είναι πώς τέτοιες λύσεις –κοινοί ή ένθετοι gravastars– μπορούν να διαμορφωθούν δυναμικά στην αρχή, αφού δεν έχουμε επί του παρόντος ένα συνεπές μοντέλο», λέει ο Pani.

Χτυπά σαν καμπάνα

Ωστόσο, το να μην γνωρίζουμε πώς σχηματίζονται τα gravastar δεν αποκλείει την ύπαρξή τους. Πράγματι, θα μπορούσαν να υπάρχουν σε συμπαγή δυαδικά συστήματα που συγχωνεύονται και παράγουν βαρυτικά κύματα.

Καθώς δύο συμπαγή μαζικά αντικείμενα (όπως μαύρες τρύπες ή αστέρια νετρονίων) σπειροειδώς το ένα μέσα στο άλλο, εκπέμπουν ένα διακριτικό σήμα βαρυτικών κυμάτων που ονομάζεται τσιρπ. Όταν τα αντικείμενα συγχωνεύονται για να δημιουργήσουν μια μαύρη τρύπα, τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται μοιάζουν με το ξεθώριασμα ενός χτυπημένου κουδουνιού. Τόσο το κελάηδισμα όσο και η πτώση από τέτοιες συγχωνεύσεις έχουν παρατηρηθεί από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO–Virgo–KAGRA.

Μια τέτοια συγχώνευση θα μπορούσε επίσης να δημιουργήσει ένα gravastar ή nestar, και οι Jampolski και Rezolla λένε ότι αυτά θα είχαν διακριτικά σήματα ringdown. Ο Rezolla προσθέτει, «Ένας νέσταρ θα χτυπούσε διαφορετικά από έναν γκραβαστάρ της ίδιας μάζας λόγω της εσωτερικής του δομής». Συγκεκριμένα, τα διάφορα κελύφη όπου η διασύνδεση της ύλης και του χώρου de Sitter θα ταλαντευόταν με συγκεκριμένο τρόπο, διαφορετικό από ένα κανονικό gravastar.

Με 90 συμβάντα βαρυτικών κυμάτων Έχοντας ανιχνευθεί μέχρι στιγμής, και μια άλλη διαδικασία παρατήρησης που βρίσκεται σε εξέλιξη, υπάρχουν πολλά δεδομένα στα οποία μπορείτε να αναζητήσετε μια υπογραφή gravastar.

«Όλες οι παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων μέχρι στιγμής είναι συνεπείς με την υπόθεση ότι τα αντικείμενα είναι μαύρες τρύπες ή αστέρια νετρονίων», λέει ο Pani. «Ωστόσο, η πτώση είναι δύσκολο να μετρηθεί με ακρίβεια», προσθέτει, γεγονός που αφήνει κάποιο περιθώριο για αβεβαιότητα.

Θέρμανση του κελύφους

Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο ένας γκραβαστάρ θα μπορούσε να αποκαλυφθεί είναι η συσσώρευση ύλης στην επιφάνειά του. Στην περίπτωση μιας μαύρης τρύπας, η ύλη και το φως εξαφανίζονται πέρα ​​από τον ορίζοντα γεγονότων, που είναι και το Τηλεσκόπιο Horizon Event είδε όταν απεικόνισε τις «σκιές» των υπερμεγέθων μαύρων οπών στο κέντρο των γαλαξιών M87 και Milky Way. Τα Gravastar είναι διαφορετικά στο ότι είναι χωρίς ορίζοντα. Ενώ κάποια ύλη θα μπορούσε να περάσει μέσα από το εξωτερικό κέλυφος για να απορροφηθεί από τον χωροχρόνο de Sitter μέσα, περισσότερη ύλη θα μπορούσε να επηρεάσει το επιφανειακό κέλυφος, καθιστώντας το παχύτερο και αναγκάζοντάς το να θερμαίνεται και να εκπέμπει φως. Εάν το Τηλεσκόπιο Ορίζων Γεγονότων απεικόνιζε ποτέ έναν γκραβαστάρ που συσσωρεύεται ενεργά, θα έβλεπε αυτή την εκπομπή, αν και πολύ μετατοπισμένη στο κόκκινο από τη βαρύτητα.

Ο Rezzolla παραδέχεται ότι, ενώ τα μαθηματικά μπορεί να λειτουργήσουν, ένα φυσικό μοντέλο που περιγράφει πώς οι gravastars και οι nestars θα μπορούσαν να υπάρχουν στην πραγματικότητα εξακολουθεί να μας διαφεύγει.

«Πραγματικά δεν έχουμε καλή ιδέα για το πώς σχηματίζονται τα gravastars [και] δεδομένου ότι γνωρίζουμε τόσο λίγα για την ύλη που αποτελείται από gravastars, αυτές οι υποθέσεις είναι δύσκολο να δοκιμαστούν», λέει ο Rezzolla.

Ο Jampolski και ο Rezzolla περιγράφουν τη νέα τους λύση στις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν στο περιοδικό Κλασική και κβαντική βαρύτητα.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/