Když obří hvězdy zemřou, nejen zmizí. Zhroutí se a zanechají po sobě stlačený hvězdný zbytek, obvykle o velikosti metropole, což je superhustá koule neutronů zvaná neutronová hvězda.
Většina teoretiků věří, že ve výjimečných případech obrovská umírající hvězda vytvoří černou díru - bodový „singularita“s prakticky nekonečnou hustotou a gravitačním polem tak silným, že ve vesmíru není ani světlo, nejrychlejší věc.
Nová studie nabízí alternativní myšlenku, že hypotetické objekty, jako jsou černé hvězdy nebo gravastary, mohou existovat na půli cesty mezi neutronovými hvězdami a černými dírami. Pokud ano, pak by exotické hvězdné mrtvoly měly být téměř stejné jako černé díry, až na jednu klíčovou okolnost - neodstranitelně absorbují světlo.
Existují dobré důvody hledat takové alternativy, protože černé díry vyvolávají mnoho teoretických problémů. Například jejich singularity jsou údajně skryty za neviditelnými hranicemi známými jako horizonty událostí. Vhoďte něco do černé díry a jakmile to projde horizontem událostí, navždy zmizí. Existují ale fyzikální zákony, které naznačují, že informace nelze zničit, včetně informací zakódovaných uvnitř všeho, co spadá do černých děr.
Modely černých hvězd a gravastarů vyvinuté v posledních dvou desetiletích naznačují, že tyto objekty nebudou mít singularity a horizonty událostí. Stále však není jasné, zda se takové objekty mohou skutečně tvořit a zůstat stabilní.
Nový výzkum teoretického fyzika Raula Carballo-Rubia z Mezinárodní školy pokročilého výzkumu v Itálii navrhuje mechanismus, který umožňuje existenci černých hvězd a gravastarů.
Vědec zkoumal neobvyklý jev známý jako kvantová vakuová polarizace. Kvantová fyzika, která nejlépe popisuje, jak se chovají všechny známé subatomární částice, předpokládá, že realita je nejistá, což omezuje, jak přesně můžete znát vlastnosti nejzákladnějších jednotek hmoty - například nikdy nemůžete absolutně znát polohu a hybnost částice v jedné a téže stejný čas. Jedním podivným důsledkem této nejistoty je, že vakuum není nikdy úplně prázdné, ale má takzvané „virtuální částice“, které neustále kmitají, jak přicházejí a odcházejí z existence.
Propagační video:
S obrovským množstvím energie uvolněné výbuchem obrovské hvězdy mohou tyto virtuální částice polarizovat nebo uspořádat v závislosti na svých vlastnostech, stejně jako magnety mají severní a jižní pól. Carballo-Rubio vypočítal, že polarizace těchto částic může vytvořit úžasný efekt uvnitř silných gravitačních polí umírajících obřích hvězd - pole, které odpuzuje, nepřitahuje.
Podle Einsteinovy obecné teorie relativity vede materiální a energetické zakřivení časoprostoru ke vzniku gravitačních polí. Planety a hvězdy mají kladné množství energie a výsledná gravitační pole jsou v přírodě atraktivní.
"Když jsou však virtuální částice polarizovány, vakuum, které zabírají, může mít v průměru negativní energii a deformují časoprostor takovým způsobem, že související gravitační pole začne být odpudivé," říká Carballo-Rubio.
To by samozřejmě mohlo zabránit vzniku černé díry. Tento jev způsobuje, že relativně lehké hvězdné zbytky vytvářejí neutronové hvězdy místo černých děr. Jejich gravitační pole nejsou dostatečně silná, aby zničila neutrony v singularitě.
Dva předchozí modely naznačovaly, že odpudivá gravitace by mohla způsobit zhroucení hvězdných zbytků a vytvoření černých děr. Jeden ze simulovaných hvězdných zbytků místo toho vytvořil gravastary - objekty naplněné kvantovým vakuem pokryté tenkou skořápkou hmoty. Další model navrhl, že tyto zhroucení vyústily v černé hvězdy, kde se hmota a kvantové vakuum střídá v celé struktuře v pečlivé rovnováze. Oba objekty mají stále silná gravitační pole, která hluboce deformují světlo, takže vypadají temně jako černé díry.
Podle Carballo-Rubia existovala dříve velká nejistota ohledně vlastností černých hvězd a gravastarů. V novém díle vytvořil matematický rámec, který začleňuje účinky odpudivé gravitace do rovnic popisujících rozpínání a smršťování hvězd. Dříve se věřilo, že to lze interpretovat pouze pomocí počítačů. Jeho nový model předpokládá existenci hybridu černé hvězdy a gravastaru - objektu, kde je hmota a kvantové vakuum distribuováno po celé struktuře, ale s hmotou ve vyšších koncentracích v obalu než v jádru.
Výzkum je publikován v časopise Physical Review Letters.