Gravastars, hypothetische alternatieven voor zwarte gaten, zouden uiteindelijk in elkaar kunnen worden genest als een Russische Matryoshka-pop – volgens nieuwe berekeningen die de kwantummechanica combineren met Einsteins algemene relativiteitstheorie. Als dergelijke exotische objecten bestaan, zouden ze hun aanwezigheid in zwaartekrachtgolfsignalen kunnen onthullen.

Zwarte gaten ontstaan ​​door de zwaartekrachtinstorting van een grote ster, of mogelijk een gaswolk, tot een klein gebied waar de zwaartekracht zo sterk is dat zelfs licht niet kan ontsnappen.

In 2001 hebben de in de VS gevestigde natuurkundigen Pawel Mazur en Emil Mottola toonde aan dat, in theorie, er zou zich een ander object kunnen vormen van een dergelijke ineenstorting. Ze deden dit door de veldvergelijkingen van Einstein – die beschrijven hoe materie en energie de geometrie van ruimte-tijd beïnvloeden – te combineren met de kwantummechanica. Uit hun analyse bleek dat kwantumfluctuaties de vorming van een singulariteit van een zwart gat tijdens de laatste stadia van de ineenstorting van de zwaartekracht zouden kunnen voorkomen, althans in principe. Er zou zich eerder een nieuw en bizar type object vormen, een gravastar genaamd.

Geen gebeurtenishorizon

Gravastar is een samentrekking van een zwaartekrachtvacuümcondensaatster. In sommige opzichten lijkt een gravastar op een zwart gat. Ze hebben allebei extreem sterke zwaartekrachtvelden en kunnen allebei Hawking-straling uitzenden. Een gravastar heeft echter geen singulariteit in zijn hart, noch heeft hij een gebeurtenishorizon waarachter licht, materie en informatie kunnen passeren maar nooit meer terugkeren.

In plaats daarvan is een gravastar een bel van de Sitter-ruimte, wat een wiskundige beschrijving is van de ruimte gevuld met negatieve energie. Als zodanig biedt het een eenvoudig model dat consistent is met een uitdijend universum dat wordt aangedreven door donkere energie. In het conventionele Gravastar-model wordt deze bel van de Sitter-ruimte aanvankelijk gecreëerd door de kwantumfluctuaties en begrensd door een oneindig dunne schil van materie.

“Een de Sitter-ruimtetijd wil uitdijen, maar in een gravastar wordt deze omgeven door een omhulsel van materie dat in plaats daarvan wil instorten”, zegt Luciano Rezolla, hoogleraar theoretische astrofysica aan de Goethe Universiteit van Frankfurt. “Het balanceren van de twee tegengestelde gedragingen leidt tot een stabiele gravastar.”

Geneste gravastars

Nu heeft Rezolla's afgestudeerde student Daniel Jampolski een nieuwe oplossing gevonden voor de veldvergelijkingen die beschrijft hoe twee of meer gravastars in elkaar kunnen worden genest als een kosmische Matryoshka-pop.

Jampolski en Rezolla noemen een dergelijk fenomeen een nestar, wat een afkorting is van geneste ster. De binnenstructuur van een nestar zou een bel van de Sitter-ruimte bevatten, omgeven door een schil van materie, die vervolgens wordt omgeven door een ander volume van de Sitter-ruimte dat wordt omhuld door een andere schil van materie, enzovoort. Bovendien kunnen de materieschillen, in plaats van oneindig dun te zijn, een aanzienlijke dikte hebben en in sommige gevallen vrijwel de gehele straal van de nestar beslaan.

“Er zijn enkele nestarconfiguraties die worden gegeven door een oneindig klein de Sitter-interieur – slechts een punt – gevolgd door een materie-interieur dat in wezen de hele nestar vult, en dan zijn er twee dunne schillen nabij het oppervlak, één gemaakt van de Sitter-ruimte –tijd, de andere van materie,’ vertelt Rezzolla Natuurkunde wereld. “Omdat in dit geval de nestar grotendeels uit materie zou bestaan, kan de vorming ervan minder exotisch zijn dan in het geval van een compleet De Sitter-interieur.”

Gravastars blijven echter hypothetisch zonder observationeel bewijs dat ze bestaan, wat tot enige voorzichtigheid zou moeten leiden, aldus de onderzoekers Paolo Pani, een professor in de theoretische natuurkunde aan de Sapienza Universiteit van Rome, die niet bij het onderzoek betrokken was.

“Een fundamentele vraag is hoe dergelijke oplossingen – gewone of geneste gravastars – überhaupt dynamisch kunnen worden gevormd, aangezien we momenteel geen consistent model hebben”, zegt Pani.

Klinkt als een bel

Het niet weten hoe gravastars ontstaan, sluit hun bestaan ​​echter niet uit. Ze zouden inderdaad kunnen bestaan ​​in compacte binaire systemen die samensmelten en zwaartekrachtgolven produceren.

Terwijl twee compacte massieve objecten (zoals zwarte gaten of neutronensterren) in elkaar spiraliseren, zenden ze een kenmerkend zwaartekrachtgolfsignaal uit dat een chirp wordt genoemd. Wanneer de objecten samensmelten om een ​​zwart gat te creëren, lijken de zwaartekrachtsgolven die worden uitgezonden op het vervagende gerinkel van een aangeslagen bel. Zowel het getjilp als het geluid van dergelijke samensmeltingen zijn waargenomen door de LIGO-Virgo-KAGRA zwaartekrachtgolfdetectoren.

Een dergelijke fusie zou ook een gravastar of nestar kunnen creëren, en Jampolski en Rezolla zeggen dat deze onderscheidende ringdown-signalen zouden hebben. Rezolla voegt hieraan toe: “Een nestar klinkt anders dan een gravastar met dezelfde massa vanwege zijn interne structuur.” In het bijzonder zouden de verschillende schillen waar materie en de Sitter-ruimte elkaar raken op een bepaalde manier oscilleren, anders dan bij een gewone gravastar.

met 90 zwaartekrachtgolfgebeurtenissen Omdat ze tot nu toe zijn gedetecteerd en er momenteel een andere observatieronde aan de gang is, zijn er voldoende gegevens waarin naar een gravastar-handtekening kan worden gezocht.

‘Alle waarnemingen van zwaartekrachtsgolven tot nu toe komen overeen met de hypothese dat de objecten zwarte gaten of neutronensterren zijn’, zegt Pani. “De ringdown is echter moeilijk nauwkeurig te meten”, voegt hij eraan toe, wat enige ruimte laat voor onzekerheid.

Het verwarmen van de schaal

Een andere manier waarop een gravastar zichzelf zou kunnen onthullen, is door de aanwas van materie op het oppervlak. In het geval van een zwart gat verdwijnen materie en licht voorbij de waarnemingshorizon Event Horizon Telescope zag toen het de ‘schaduwen’ van de superzware zwarte gaten in het centrum van de M87- en Melkwegstelsels in beeld bracht. Gravastars zijn anders omdat ze horizonloos zijn. Terwijl een deel van de materie door de buitenste schil heen zou kunnen gaan om te worden geabsorbeerd door de ruimte-tijd van De Sitter, zou meer materie de oppervlakteschil kunnen beïnvloeden, waardoor deze dikker wordt en ervoor zorgt dat deze opwarmt en licht uitstraalt. Als de Event Horizon Telescope ooit een actief aangroeiende gravastar in beeld zou brengen, zou hij deze emissie zien, zij het in hoge mate roodverschoven door de zwaartekracht.

Rezzolla geeft toe dat hoewel de wiskunde zou kunnen werken, een fysiek model dat beschrijft hoe gravastars en nestars in werkelijkheid zouden kunnen bestaan ​​ons nog steeds ontgaat.

“We hebben echt geen goed idee over hoe gravastars ontstaan ​​[en] omdat we zo weinig weten over de materie waaruit gravastars bestaan, zijn deze aannames moeilijk te testen”, zegt Rezzolla.

Jampolski en Rezzolla beschrijven hun nieuwe oplossing voor de veldvergelijkingen van Einstein in het tijdschrift Klassiek en kwantumzwaartekracht.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/