Gravastar, những giải pháp thay thế giả thuyết cho các lỗ đen, cuối cùng có thể được lồng vào nhau giống như búp bê Matryoshka của Nga – theo những tính toán mới kết hợp cơ học lượng tử với thuyết tương đối rộng của Einstein. Nếu những vật thể kỳ lạ như vậy tồn tại, chúng có thể tiết lộ sự hiện diện của chúng trong tín hiệu sóng hấp dẫn.

Các lỗ đen hình thành do sự suy sụp hấp dẫn của một ngôi sao lớn, hoặc có thể là một đám mây khí, đến một vùng nhỏ nơi lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được.

Năm 2001 các nhà vật lý ở Mỹ Pawel Mazur và Emil Mottola cho thấy rằng, về mặt lý thuyết, một vật thể khác có thể hình thành khỏi sự sụp đổ như vậy. Họ làm được điều này bằng cách kết hợp các phương trình trường của Einstein – phương trình mô tả vật chất và năng lượng ảnh hưởng như thế nào đến hình học của không-thời gian – với cơ học lượng tử. Phân tích của họ tiết lộ rằng các thăng giáng lượng tử có thể ngăn cản sự hình thành điểm kỳ dị lỗ đen trong giai đoạn cuối của sự sụp đổ hấp dẫn, ít nhất là về nguyên tắc. Đúng hơn là một loại vật thể mới và kỳ lạ gọi là gravastar sẽ hình thành.

Không có chân trời sự kiện

Gravastar là sự co lại của ngôi sao ngưng tụ chân không hấp dẫn. Ở một khía cạnh nào đó, gravastar giống như một lỗ đen. Cả hai đều có trường hấp dẫn cực mạnh và đều có thể phát ra bức xạ Hawking. Tuy nhiên, gravastar không có điểm kỳ dị ở trung tâm, cũng không có chân trời sự kiện mà ánh sáng, vật chất và thông tin có thể đi qua nhưng không bao giờ quay trở lại.

Thay vào đó, gravastar là một bong bóng của không gian de Sitter, là một mô tả toán học về không gian chứa đầy năng lượng âm. Như vậy, nó cung cấp một mô hình đơn giản phù hợp với một vũ trụ đang giãn nở được điều khiển bởi năng lượng tối. Trong mô hình gravastar thông thường, bong bóng không gian de Sitter này ban đầu được tạo ra bởi các thăng giáng lượng tử và được giới hạn bởi một lớp vỏ vật chất cực kỳ mỏng.

“Không-thời gian của de Sitter muốn giãn nở nhưng trong gravastar, nó được bao quanh bởi một lớp vỏ vật chất mà thay vào đó lại muốn sụp đổ,” nói Luciano Rezolla, chủ tịch môn vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học Goethe Frankfurt. “Cân bằng hai hành vi trái ngược nhau sẽ dẫn đến một gravastar ổn định.”

Gravastar lồng nhau

Giờ đây, sinh viên tốt nghiệp Daniel Jampolski của Rezolla đã tìm ra một giải pháp mới cho các phương trình trường mô tả cách hai hoặc nhiều gravastar có thể lồng vào nhau giống như búp bê Matryoshka vũ trụ.

Jampolski và Rezolla gọi hiện tượng này là Nestar, viết tắt của Nested Star. Cấu trúc bên trong của tổ sẽ có một bong bóng không gian de Sitter, được bao quanh bởi một lớp vỏ vật chất, sau đó được bao quanh bởi một khối không gian de Sitter khác được bao bọc bởi một lớp vỏ vật chất khác, v.v. Ngoài ra, thay vì cực kỳ mỏng, lớp vỏ vật chất có thể có độ dày đáng kể, trong một số trường hợp gần như chiếm toàn bộ bán kính của tổ.

“Có một số cấu hình tổ được tạo ra bởi phần bên trong de Sitter cực kỳ nhỏ – chỉ là một điểm – tiếp theo là phần bên trong vật chất về cơ bản lấp đầy toàn bộ tổ, và sau đó có hai lớp vỏ mỏng gần bề mặt, một lớp được tạo từ không gian de Sitter –thời gian, phần còn lại của vật chất,” Rezzolla nói Thế giới vật lý. “Bởi vì trong trường hợp này tổ ong chủ yếu được tạo thành từ vật chất, nên sự hình thành của nó có thể ít kỳ lạ hơn so với trường hợp nội thất de Sitter hoàn chỉnh.”

Tuy nhiên, gravastar vẫn chỉ là giả thuyết và không có bằng chứng quan sát nào cho thấy chúng tồn tại, điều này sẽ dẫn đến một số cảnh báo. Paolo Pani, giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Sapienza của Rome, người không tham gia vào nghiên cứu.

“Câu hỏi cơ bản là làm thế nào các giải pháp như vậy – gravastar thông thường hoặc lồng nhau – có thể được hình thành một cách linh hoạt ngay từ đầu, vì chúng ta hiện không có một mô hình nhất quán,” Pani nói.

Rung chuông như tiếng chuông

Tuy nhiên, việc không biết gravastar hình thành như thế nào không loại trừ sự tồn tại của chúng. Thật vậy, chúng có thể tồn tại trong các hệ nhị phân nhỏ gọn hợp nhất và tạo ra sóng hấp dẫn.

Khi hai vật thể có khối lượng lớn (chẳng hạn như lỗ đen hoặc sao neutron) chuyển động xoắn ốc vào nhau, chúng phát ra một tín hiệu sóng hấp dẫn đặc biệt gọi là tiếng kêu. Khi các vật thể hợp nhất để tạo ra một lỗ đen, sóng hấp dẫn được phát ra giống như tiếng chuông nhỏ dần. Cả tiếng kêu và tiếng rung từ những vụ sáp nhập như vậy đều đã được quan sát bởi các máy dò sóng hấp dẫn LIGO–Virgo–KAGRA.

Sự hợp nhất như vậy cũng có thể tạo ra gravastar hoặc Nestar, và Jampolski và Rezolla nói rằng những thứ này sẽ có những tín hiệu đổ chuông đặc biệt. Rezolla cho biết thêm, “Một tổ ong sẽ kêu khác với một gravastar có cùng khối lượng vì cấu trúc bên trong của nó.” Cụ thể, các lớp vỏ khác nhau nơi vật chất và giao diện không gian de Sitter sẽ dao động theo một cách cụ thể, khác với một gravastar thông thường.

Với 90 sự kiện sóng hấp dẫn đã được phát hiện cho đến nay và một hoạt động quan sát khác hiện đang được tiến hành, có rất nhiều dữ liệu để tìm kiếm dấu hiệu gravastar.

Pani nói: “Mọi quan sát sóng hấp dẫn cho đến nay đều phù hợp với giả thuyết cho rằng các vật thể đó là lỗ đen hoặc sao neutron”. “Tuy nhiên, khó có thể đo lường chính xác độ rung của chuông,” ông nói thêm, điều này tạo ra một số chỗ cho sự không chắc chắn.

Làm nóng vỏ

Một cách khác mà gravastar có thể tự bộc lộ là do sự tích tụ vật chất lên bề mặt của nó. Trong trường hợp lỗ đen, vật chất và ánh sáng biến mất ngoài chân trời sự kiện, đó là điều mà Kính viễn vọng Horizon sự kiện đã thấy khi nó chụp ảnh “bóng” của các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà M87 và Dải Ngân hà. Gravastars khác biệt ở chỗ chúng không có đường chân trời. Trong khi một số vật chất có thể đi qua lớp vỏ bên ngoài để được không-thời gian de Sitter bên trong hấp thụ, thì nhiều vật chất hơn có thể tác động lên lớp vỏ bề mặt, khiến nó dày hơn và khiến nó nóng lên và phát ra ánh sáng. Nếu Kính thiên văn Chân trời Sự kiện chụp được hình ảnh một gravastar đang tích tụ tích cực thì nó sẽ nhìn thấy sự phát xạ này, mặc dù bị dịch chuyển đỏ rất nhiều bởi trọng lực.

Rezzolla thừa nhận rằng mặc dù toán học có thể hoạt động nhưng một mô hình vật lý mô tả cách các gravastar và Nestars có thể tồn tại trong thực tế vẫn nằm ngoài tầm với của chúng ta.

Rezzolla nói: “Chúng tôi thực sự không có ý tưởng hay về cách các gravastar hình thành [và] vì chúng tôi biết rất ít về vật chất cấu thành nên gravastar, nên những giả định này rất khó kiểm tra”.

Jampolski và Rezzolla mô tả lời giải mới của họ cho các phương trình trường của Einstein trên tạp chí Trọng lực cổ điển và lượng tử.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/could-gravastars-be-nested-inside-one-another-like-a-russian-doll/