Когато гигантските звезди умират, те не просто изчезват. Те се срутват, оставяйки след себе си компресиран звезден остатък, обикновено с размерите на мегаполис, който е свръхгуста топка неутрони, наречена неутронна звезда.
Повечето теоретици вярват, че в изключителни случаи гигантска умираща звезда образува черна дупка - точка „сингулярност“с практически безкрайна плътност и гравитационно поле, толкова мощно, че дори няма светлина, най-бързото нещо във Вселената.
Новото проучване предлага алтернативна идея, че хипотетични обекти като черни звезди или гравастари могат да съществуват по средата между неутронните звезди и черните дупки. Ако е така, тогава екзотичните звездни трупове трябва да са почти идентични с черните дупки, с изключение на едно ключово обстоятелство - те не поглъщат безвъзвратно светлина.
Има основателни причини да се търсят такива алтернативи, защото черните дупки пораждат много теоретични проблеми. Например, техните особености се предполага, че са скрити зад невидими граници, известни като хоризонти на събитията. Хвърлете нещо в черна дупка и щом премине хоризонта на събитията, то ще изчезне завинаги. Но има закони на физиката, които предполагат, че информацията не може да бъде унищожена, включително информация, кодирана във всичко, което попада в черни дупки.
Модели на черни звезди и гравастари, разработени през последните две десетилетия, предполагат, че тези обекти няма да имат особености и хоризонти на събитията. Но все още не е ясно дали такива обекти всъщност могат да се образуват и да останат стабилни.
Ново изследване на физика теоретик Раул Карбало-Рубио от Международната школа за напреднали изследвания в Италия предлага механизъм, който позволява съществуването на черни звезди и гравастари.
Ученият изследва необичаен феномен, известен като квантова поляризация на вакуума. Квантовата физика, която дава по-добро описание на поведението на всички известни субатомни частици, предполага, че реалността е несигурна, ограничавайки колко точно можете да познавате свойствата на най-основните материални единици - например, никога не можете да знаете абсолютно позицията и инерцията на една частица в една и съща същото време. Една странна последица от тази несигурност е, че вакуумът никога не е напълно празен, а има така наречените "виртуални частици", които непрекъснато се колебаят, когато влизат и излизат от съществуването.
Промоционално видео:
С огромно количество енергия, освободено от експлозията на огромна звезда, тези виртуални частици могат да се поляризират или подреждат в зависимост от техните свойства, точно както магнитите имат северния и южния полюс. Карбало-Рубио изчисли, че поляризацията на тези частици може да създаде удивителен ефект вътре в мощните гравитационни полета на умиращите гигантски звезди - поле, което отблъсква, не привлича.
Според общата теория на относителността на Айнщайн материалната и енергийна кривина на пространство-времето води до образуването на гравитационни полета. Планетите и звездите имат положително количество енергия и получените гравитационни полета са привлекателни по природа.
„Когато обаче виртуалните частици са поляризирани, вакуумът, който те заемат, може средно да има отрицателна енергия и те изкривяват пространството-време по такъв начин, че свързаното гравитационно поле да стане отблъскващо“, казва Карбало-Рубио.
Това, разбира се, може да предотврати образуването на черна дупка. Това явление кара относително леки звездни остатъци да образуват неутронни звезди вместо черни дупки. Гравитационните им полета не са достатъчно силни, за да унищожат неутроните при сингулярността.
Два предишни модела предполагат, че отблъскващата гравитация може да доведе до разрушаване на звездни остатъци, за да се образуват черни дупки. Вместо това един от симулираните звездни остатъци образува гравастари - обекти, изпълнени с квантов вакуум, покрит с тънка обвивка от материя. Друг модел предполага, че тези колапси водят до черни звезди, където материята и квантовият вакуум се редуват в цялата структура в внимателен баланс. И двата обекта все още имат мощни гравитационни полета, които дълбоко изкривяват светлината, което ги прави тъмни като черни дупки.
Според Карбало-Рубио преди това е имало голяма несигурност относно свойствата на черните звезди и гравастарите. В нова работа той създава математическа рамка, която включва ефектите на отблъскващата гравитация в уравнения, описващи разширяването и свиването на звездите. Преди се смяташе, че това може да се тълкува само с помощта на компютри. Новият му модел предполага съществуването на хибрид между черна звезда и гравастар - обект, при който материята и квантовият вакуум са разпределени в цялата структура, но с материя в по-високи концентрации в обвивката, отколкото в ядрото.
Изследването е публикувано в списанието Physical Review Letters.
