量子力学とアインシュタインの一般相対性理論を組み合わせた新しい計算によると、ブラックホールの代替となる仮想的なグラヴァスターは、ロシアのマトリョーシカ人形のように互いに入れ子になってしまう可能性があるという。このようなエキゾチックな天体が存在する場合、重力波信号の中でその存在が明らかになる可能性があります。

ブラックホールは、大きな星、または場合によってはガス雲の重力崩壊によって形成され、重力が非常に強いため光さえ逃げることができない小さな領域になります。

2001年に米国に拠点を置く物理学者たちは、 パヴェル・マズール & エミール・モットーラ 理論的には、 別のオブジェクトが形成される可能性があります そんな崩壊から。彼らは、物質とエネルギーが時空の幾何学構造にどのような影響を与えるかを説明するアインシュタインの場の方程式と量子力学を組み合わせることでこれを実現しました。彼らの分析により、少なくとも原理的には、量子ゆらぎが重力崩壊の最終段階でのブラックホール特異点の形成を防ぐことができることが明らかになった。むしろ、グラヴァスターと呼ばれる新しくて奇妙なタイプのオブジェクトが形成されるでしょう。

事象の地平線がない

グラヴァスターは重力真空凝縮星の短縮形です。ある意味、グラヴァスターはブラックホールのようなものです。どちらも非常に強い重力場を持ち、ホーキング放射を放出する可能性があります。しかし、グラヴァスターはその中心に特異点を持たず、光、物質、情報が通過することはできても決して戻らない事象の地平線も持ちません。

代わりに、グラヴァスターは、負のエネルギーで満たされた空間の数学的記述であるド・シッター空間の泡です。そのため、暗黒エネルギーによって拡大する宇宙と一致する単純なモデルが提供されます。従来のグラバスターモデルでは、このド・シッター空間の泡は、最初は量子ゆらぎによって生成され、物質の無限に薄い殻によって境界が定められています。

「ド・シッター時空は拡大しようとしているが、グラヴァスターではむしろ崩壊しようとしている物質の殻に囲まれている」と言う。 ルチアーノ・レソッラ、フランクフルトのゲーテ大学で理論天体物理学の教授を務めています。 「2つの相反する行動のバランスをとることが、安定したグラヴァスターにつながります。」

ネストされたグラバスター

現在、レゾラの大学院生ダニエル・ジャンポルスキーは、宇宙のマトリョーシカ人形のように、2 つ以上のグラヴァスターがどのように互いの中に入れ子になるかを説明する場の方程式に対する新しい解を発見しました。

ジャンポルスキーとレゾラは、このような現象をネスター（nested star の略）と呼んでいます。ネスターの内部構造は、物質の殻に囲まれたデ・シッター空間の泡を特徴とし、その泡が別の物質の殻に包まれた別のデ・シッター空間の容積に囲まれる、というようになります。さらに、物質の殻は極度に薄いのではなく、かなりの厚さを持ち、場合によっては実質的に巣星の半径全体を占めることもあります。

「無限に小さいデ・シッター内部（単なる点）によって与えられるいくつかの巣星の構成があり、その後に本質的に巣星全体を満たす物質内部が続き、その後、表面近くに2つの薄い殻があり、1つはデ・シッター空間でできています「時間、物質のもう一つ」とレッツォラは語る 物理学の世界。 「この場合、ネスターは大部分が物質でできているため、その形成は完全なド・ジッター内部の場合ほど奇抜なものではないかもしれません。」

しかし、グラヴァスターは依然として仮説に過ぎず、その存在を示す観察証拠はなく、ある程度の注意が必要であると研究者は述べている。 パオロ・パニローマ・サピエンツァ大学の理論物理学教授だが、この研究には関与していない。

「基本的な問題は、そもそもそのようなソリューション (通常のグラバスターやネストされたグラヴァスター) をどのように動的に形成できるかということです。現在、一貫したモデルがないからです」とパニ氏は言います。

鐘のように鳴る

しかし、グラヴァスターがどのように形成されるかが分からなくても、その存在が排除されるわけではありません。実際、それらは合体して重力波を生成するコンパクトな連星系の中に存在する可能性があります。

2 つのコンパクトな大質量物体 (ブラック ホールや中性子星など) が互いに螺旋を描きながら進むと、チャープと呼ばれる独特の重力波信号が発信されます。物体が合体してブラック ホールが形成されるとき、放出される重力波は、鐘を打ったときの消えていく音に似ています。このような合体によるチャープとリングダウンの両方が、LIGO-Virgo-KAGRA 重力波検出器によって観測されています。

このような合併によってグラヴァスターやネスターが誕生する可能性もあり、ジャンポルスキー氏とレゾラ氏は、これらには独特のリングダウン信号が発生するだろうと述べている。レゾラ氏はさらに、「ネスターは、その内部構造により、同じ質量のグラヴァスターとは異なる鳴り方をするだろう」と付け加えた。具体的には、物質とド・シッター空間が接するさまざまな殻が、通常のグラヴァスターとは異なる特定の方法で振動します。

90の重力波イベント これまでに検出されており、現在別の観測が進行中であるため、グラバスターの署名を検索するためのデータが豊富にあります。

「これまでの重力波観測はすべて、その物体がブラックホールまたは中性子星であるという仮説と一致しています」とパニ氏は言う。 「しかし、リングダウンを正確に測定するのは困難です」と彼は付け加え、そのため不確実性の余地が残されています。

シェルを加熱する

グラヴァスターが姿を現すもう 1 つの方法は、その表面に物質が付着することです。ブラックホールの場合、物質と光は事象の地平線を超えて消滅します。 イベントホライゾンテレスコープ M87銀河と天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールの「影」を撮影したときに見えた。 Gravastars は地平線がないという点で異なります。一部の物質は外殻を通過して内部のデ・ジッター時空に吸収される可能性がありますが、より多くの物質が表面殻に影響を与え、表面殻が厚くなり、加熱して発光する可能性があります。イベント ホライゾン望遠鏡が活発に降着しているグラバスターを撮影した場合、重力によって高度に赤方偏移しているにもかかわらず、この発光が観測されるでしょう。

Rezzolla 氏は、数学は機能するかもしれないが、グラヴァスターとネスターが現実にどのように存在し得るかを説明する物理モデルはまだ解明されていないことを認めています。

「グラヴァスターがどのように形成されるかについては、実際にはよくわかっていません。また、グラヴァスターを構成する物質についてはほとんどわかっていないため、これらの仮定をテストするのは困難です」とレゾラ氏は言う。

ジャンポルスキーとレッツォラがジャーナルでアインシュタインの場方程式に対する新しい解決策を説明します 古典および量子重力.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/