A gdyby czarne dziury wcale nie były czarnymi dziurami? Nowe badania sugerują, iż w ostatnich chwilach życia masywnej gwiazdy może narodzić się nie osobliwość, ale całkowicie nowy Wszechświat ukryty we wnętrzu tajemniczego obiektu zwanego grawastarem.
Masywne gwiazdy wytwarzają światło i ciepło poprzez syntezę jądrową, proces, który uwalnia ogromne ilości energii z atomów. Jednak w końcu największe gwiazdy wyczerpują zapasy paliwa. Gdy to nastąpi, ciśnienie zewnętrzne generowane przez promieniowanie nie jest już wystarczająco silne, aby przeciwstawić się grawitacji. Gwiazda zaczyna zapadać się pod własnym ciężarem, kontynuując kolaps, aż cała jej masa zostanie ściśnięta w jednym punkcie znanym jako osobliwość.
Choć czarne dziury są powszechnie akceptowane przez fizyków, wciąż rodzą poważne pytania. Jak masę równą miliardom słońc można zmieścić w nieskończenie małym punkcie? Jak czasoprzestrzeń może stać się nieskończenie zakrzywiona w osobliwości?
W tym ekstremalnym punkcie znane prawa fizyki przestają dawać wiarygodne odpowiedzi. Naukowcy nie potrafią dokładnie opisać, co dzieje się w takich warunkach. Czarne dziury stanowią również kolejne wyzwanie, ponieważ ukrywają wszystko poza swoimi horyzontami zdarzeń. Jakakolwiek materia, promieniowanie lub informacja, które przekraczają tę granicę, w tym samo światło, nie mogą być już obserwowane.
Alternatywa w postaci grawastara
Z powodu tych nierozwiązanych kwestii niektórzy badacze rozważają możliwość, iż przynajmniej niektóre obiekty zidentyfikowane jako czarne dziury mogą w rzeczywistości być czymś zupełnie innym. Jedną z proponowanych alternatyw jest ultrakompaktowy obiekt znany jako grawastar.
Nowe, niezwykle interesujące badanie naukowców z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie dotyczące grawastarów, zostało własnie opublikowane w magazynie Physical Review D.
Grawastary byłyby niemal tak gęste i masywne jak czarne dziury, co czyniłoby je niezwykle trudnymi do wykrycia ze względu na ich silne przyciąganie grawitacyjne. W przeciwieństwie do czarnych dziur, nie zawierałyby one jednak osobliwości ani horyzontu zdarzeń. Zamiast tego, pod zewnętrznymi warstwami zwykłej materii, byłyby wypełnione ciemną energią. Ta tajemnicza forma energii wytwarza ciśnienie skierowane na zewnątrz, które przeciwdziała grawitacji i zapobiega całkowitemu zapadnięciu.
Dla wielu fizyków grawastary stanowią atrakcyjną alternatywę, ponieważ pozwalają uniknąć niektórych problemów koncepcyjnych związanych z czarnymi dziurami. Jednak jedno ważne pytanie pozostaje bez odpowiedzi od dziesięcioleci: jak adekwatnie mogły powstać grawastary?
Więcej na Spider’s Web:
Wielki Wybuch w pigułce
Fizycy teoretyczni Daniel Jampolski i profesor Luciano Rezzolla zaproponowali to, co określają jako pierwsze dynamiczne rozwiązanie równań ogólnej teorii względności Alberta Einsteina, wyjaśniające w jaki sposób zapadająca się gwiazda może wytworzyć grawastar.
Według ich badań, zapadnięcie się masywnej gwiazdy może zapoczątkować wewnątrz zapadającej się materii narodziny miniaturowego wszechświata. Ten proces nie różniłby się zbytnio od Wielkiego Wybuchu, który dał początek naszemu kosmosowi. Podobnie jak w naszym wszechświecie, jego ekspansję napędzałaby ciemna energia.
W miarę rozszerzania się miniwszechświata, jego siła nacisku na zewnątrz pokonuje przyciąganie grawitacyjne. Ta przeciwstawna siła może powstrzymać kolaps, zanim powstanie czarna dziura. Rezultatem jest stabilna równowaga między zapadającą się materią gwiezdną a rozszerzającym się wszechświatem wewnętrznym. Ta równowaga tworzy grawagwiazdę.
Naukowcy twierdzą, iż ich rozwiązanie dostarcza pierwszego wyjaśnienia pytania, nad którym naukowcy debatują od około 25 lat – w jaki sposób grawastary mogły powstać w wyniku zapadania się zwykłej materii.
Przestrzeń dla nowej fizyki
Daniel Jampolski, który opracował rozwiązanie w ramach swojej pracy magisterskiej pod kierunkiem Luciano Rezzolli, wyjaśnia: – Wielki Wybuch powstającego wszechświata może nastąpić, gdy gwiazda zapadnie się niemal do punktu stania się czarną dziurą.
Zachowanie materii ściśniętej do tak niezwykłych gęstości pozostaje słabo poznane, co pozostawia otwartą możliwość wystąpienia nowych zjawisk fizycznych. Jak zauważa Jampolski: – Łatwiej wyobrazić sobie, iż Wielki Wybuch następuje dopiero na bardzo późnym etapie, kiedy materia została już ściśnięta do ekstremalnego stopnia, co powoduje nowe efekty.
Rezzolla, profesor astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie Goethego, podkreśla, iż poszukiwanie alternatyw nie oznacza odrzucenia czarnych dziur.
Poszukiwanie alternatyw dla czarnych dziur nie powinno sugerować sceptycyzmu wobec czarnych dziur, które wciąż stanowią najbardziej naturalne i najprostsze rozwiązanie problemu kolapsu grawitacyjnego. Jednak jako naukowcy w ogólności, a jako fizycy teoretyczni w szczególności, musimy zachować obiektywne podejście do tego, czego nie wiemy, a zatem badać zarówno powszechnie akceptowane teorie, jak i bardziej egzotyczne interpretacje. Historia uczy nas, iż nierzadko te drugie stają się pierwszymi – mówi naukowiec.
Główna ilustracja: Wewnątrz grawastara. Rozszerzający się miniwszechświat mógłby zrównoważyć zapadającą się materię gwiazdy, tworząc w ten sposób stabilnego grawastara. Źródło: D. Jampolski i L. Rezzolla
