양자역학과 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 결합한 새로운 계산에 따르면, 블랙홀에 대한 가상의 대안인 그라바스타는 러시아 마트료시카 인형처럼 서로 중첩될 수 있습니다. 그러한 이국적인 물체가 존재한다면 중력파 신호를 통해 그 존재를 드러낼 수 있습니다.

블랙홀은 큰 별이나 가스 구름의 중력 붕괴로 인해 중력이 너무 강해 빛조차 빠져나올 수 없는 작은 영역으로 형성됩니다.

2001년 미국의 물리학자들은 파웰 마주르 과 에밀 모톨라 이론적으로는 다음과 같은 사실을 보여주었다. 또 다른 물체가 생길 수도 있다 그런 붕괴로부터. 그들은 물질과 에너지가 시공간 기하학에 어떻게 영향을 미치는지 설명하는 아인슈타인의 장 방정식과 양자역학을 결합하여 이를 수행했습니다. 그들의 분석에 따르면 양자 요동은 적어도 원칙적으로는 중력 붕괴의 마지막 단계에서 블랙홀 특이점의 형성을 막을 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 오히려 그라바스타(gravastar)라고 불리는 새롭고 기괴한 유형의 물체가 형성될 것입니다.

사건의 지평선 없음

Gravastar는 중력 진공 응축 별의 수축입니다. 어떤 면에서 그라바스타는 블랙홀과 같습니다. 둘 다 매우 강한 중력장을 갖고 있으며 둘 다 호킹 방사선을 방출할 수 있습니다. 그러나 그라바스타의 중심에는 특이점이 없으며, 빛, 물질, 정보가 지나갈 수 있지만 결코 돌아오지 않는 사건의 지평선도 없습니다.

대신, 그라바스타는 음의 에너지로 가득 찬 공간을 수학적으로 표현한 드 시터(de Sitter) 공간의 거품입니다. 따라서 이는 암흑 에너지에 의해 추진되는 팽창하는 우주와 일치하는 간단한 모델을 제공합니다. 기존의 그라바스타 모델에서 이 드 시터 공간의 거품은 초기에 양자 요동에 의해 생성되었으며 극소량의 얇은 물질 껍질로 둘러싸여 있습니다.

"드 시터 시공간은 확장을 원하지만 그라바스타에서는 대신 붕괴하려는 물질 껍질로 둘러싸여 있습니다."라고 말합니다. 루치아노 레졸라프랑크푸르트 괴테대학교 이론천체물리학 석좌교수이다. "두 가지 상반되는 행동의 균형을 맞추면 안정적인 그라바스타가 탄생합니다."

중첩된 그라바스타

이제 Rezolla의 대학원생인 Daniel Jampolski는 우주의 마트료시카 인형처럼 두 개 이상의 그라바스타가 서로 중첩될 수 있는 방법을 설명하는 장 방정식에 대한 새로운 솔루션을 찾았습니다.

Jampolski와 Rezolla는 이러한 현상을 중첩된 별(Nested Star)의 약자인 네스타(Nestar)라고 부릅니다. 네스타의 내부 구조는 물질 껍질로 둘러싸인 드 시터 공간의 거품을 특징으로 하며, 이 공간은 또 다른 물질 껍질로 둘러싸인 또 다른 드 시터 공간 볼륨으로 둘러싸여 있습니다. 또한, 물질 껍질은 극소량으로 얇아지기보다는 상당한 두께를 가질 수 있으며 어떤 경우에는 실제로 네스타의 전체 반경을 구성합니다.

"무한히 작은 드 시터 내부(단지 점)에 의해 제공되는 몇 가지 네스타 구성이 있으며, 그 뒤에 본질적으로 전체 네스타를 채우는 물질 내부가 있고 표면 근처에 두 개의 얇은 껍질이 있는데, 하나는 데 시터 공간으로 만들어졌습니다. – 시간, 또 다른 문제입니다.”라고 Rezzolla는 말합니다. 물리 세계. "이 경우 네스타는 대부분 물질로 만들어지기 때문에 그 형성은 완전한 드 시터 내부의 경우보다 덜 이국적일 수 있습니다."

그러나 그라바스타는 존재한다는 관측 증거 없이 여전히 가설에 불과하므로 주의가 필요합니다. 파올로 파니, 로마 사피엔자 대학의 이론 물리학 교수는 연구에 참여하지 않았습니다.

"근본적인 질문은 현재 일관된 모델이 없기 때문에 어떻게 일반 또는 중첩된 그라바스타와 같은 솔루션이 동적으로 형성될 수 있는가 하는 것입니다."라고 Pani는 말합니다.

종소리처럼 울리는

그러나 그라바스타가 어떻게 형성되는지 모른다고 해서 그 존재가 배제되는 것은 아닙니다. 실제로 그들은 중력파를 병합하고 생성하는 소형 이진 시스템에 존재할 수 있습니다.

두 개의 조밀하고 거대한 물체(예: 블랙홀이나 중성자별)가 서로 나선을 이루면서 처프(chirp)라는 독특한 중력파 신호를 방송합니다. 물체가 합쳐져 ​​블랙홀을 만들 때 방출되는 중력파는 종을 쳤을 때 희미해지는 울림과 유사합니다. 그러한 합병으로 인한 처프(chirp)와 링다운(ringdown)은 모두 LIGO-Virgo-KAGRA 중력파 검출기에 의해 관찰되었습니다.

그러한 합병은 또한 그라바스타(gravastar) 또는 네스타(nestar)를 생성할 수 있으며, Jampolski와 Rezolla는 이들이 독특한 링다운 신호를 가질 것이라고 말합니다. Rezolla는 "네스타는 내부 구조 때문에 동일한 질량의 그라바스타와 다르게 링다운됩니다."라고 덧붙였습니다. 특히, 물질과 드 시터 공간 인터페이스가 일반 그라바스타와는 다른 특정 방식으로 진동하는 다양한 껍질입니다.

와 90개의 중력파 이벤트 지금까지 감지되었고 현재 진행 중인 또 다른 관측 작업을 통해 Gravastar 서명을 검색할 수 있는 데이터가 많이 있습니다.

파니는 “지금까지의 모든 중력파 관측은 그 물체가 블랙홀이나 중성자별이라는 가설과 일치한다”고 말했다. "그러나 링다운은 정확하게 측정하기 어렵습니다."라고 그는 덧붙여 불확실성의 여지를 남깁니다.

껍질 가열하기

그라바스타가 자신을 드러낼 수 있는 또 다른 방법은 표면에 물질이 부착되는 것입니다. 블랙홀의 경우 물질과 빛이 사건의 지평선 너머로 사라진다. 이벤트 호라이즌 망원경 M87 은하와 은하수 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 '그림자'를 이미지화했을 때 보았습니다. Gravastar는 수평선이 없다는 점에서 다릅니다. 일부 물질은 외부 껍질을 통과하여 내부의 드 시터 시공간에 흡수될 수 있지만, 더 많은 물질이 표면 껍질에 영향을 주어 표면 껍질이 더 두꺼워지고 가열되어 빛을 방출할 수 있습니다. 이벤트 호라이즌 망원경이 활발하게 강착하는 중력별을 촬영한다면 비록 중력에 의해 적색 편이가 심하기는 하지만 이러한 방출을 보게 될 것입니다.

Rezzolla는 수학이 작동할 수는 있지만 실제로 Gravastar와 Nestar가 어떻게 존재할 수 있는지 설명하는 물리적 모델은 여전히 ​​우리에게 어렵다는 점을 인정합니다.

Rezzolla는 "우리는 그라바스타가 어떻게 형성되는지에 대해 좋은 아이디어를 갖고 있지 않으며 그라바스타를 구성하는 물질에 대해 거의 알지 못하기 때문에 이러한 가정을 테스트하기가 어렵습니다."라고 말합니다.

Jampolski와 Rezzolla는 저널에서 아인슈타인의 장 방정식에 대한 새로운 솔루션을 설명합니다. 고전 및 양자 중력.

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