Kad divovske zvijezde umru, one ne nestaju samo. Oni se urušavaju, ostavljajući za sobom stisnuti zvjezdani ostatak, obično veličine metropole, koja je super gusta kugla neutrona koja se naziva neutronska zvijezda.
Većina teoretičara vjeruje da u iznimnim slučajevima divovska umiruća zvijezda stvara crnu rupu - točku "singularnosti" s gotovo beskonačnom gustoćom i gravitacijskim poljem toliko moćnim da nema ni svjetlosti, najbrže u svemiru.
Nova studija nudi alternativnu ideju da bi hipotetički objekti poput crnih zvijezda ili gravastara mogli postojati na pola puta između neutronskih zvijezda i crnih rupa. Ako je to slučaj, tada bi egzotični zvjezdani leševi trebali biti gotovo identični crnim rupama, osim jedne ključne okolnosti - oni nepovratno apsorbiraju svjetlost.
Postoje dobri razlozi za traženje takvih alternativa jer crne rupe pokreću mnoge teorijske probleme. Na primjer, njihove su singularnosti navodno skrivene nevidljivim granicama poznatim kao horizonti događaja. Bacite nešto u crnu rupu i čim prođe horizont događaja, zauvijek će nestati. Ali postoje zakoni fizike koji sugeriraju da se informacije ne mogu uništiti, uključujući informacije kodirane u bilo čemu što padne u crne rupe.
Modeli crnih zvijezda i gravastara razvijeni u posljednja dva desetljeća sugeriraju da ti objekti neće imati singularnosti i horizonte događaja. Ali još uvijek nije jasno mogu li se takvi predmeti stvarno oblikovati i ostati stabilni.
Novo istraživanje teoretskog fizičara Raula Carballo-Rubia iz Međunarodne škole za napredna istraživanja u Italiji predlaže mehanizam koji omogućava postojanje crnih zvijezda i gravastara.
Znanstvenik je istražio neobičan fenomen poznat kao kvantna polarizacija vakuuma. Kvantna fizika, koja daje bolji opis ponašanja svih poznatih subatomskih čestica, pretpostavlja da je stvarnost nesigurna, ograničavajući koliko točno možete znati svojstva najosnovnijih jedinica materije - na primjer, nikada ne možete apsolutno znati položaj i zamah čestice u istoj isto vrijeme. Jedna neobična posljedica ove nesigurnosti je da vakuum nikada nije potpuno prazan, već ima takozvane "virtualne čestice" koje neprestano osciliraju kad ulaze i izlaze iz postojanja.
Promotivni video:
Uz gigantsku količinu energije oslobođene eksplozijom ogromne zvijezde, ove virtualne čestice mogu se polarizirati ili poredati ovisno o svojim svojstvima, baš kao što magneti imaju sjeverni i južni pol. Carballo-Rubio izračunao je da polarizacija ovih čestica može stvoriti nevjerojatan učinak unutar moćnih gravitacijskih polja umirućih divovskih zvijezda - polje koje odbija, ne privlači.
Prema Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti, materijalna i energetska zakrivljenost prostor-vremena dovodi do stvaranja gravitacijskih polja. Planeti i zvijezde imaju pozitivnu količinu energije, a rezultirajuća gravitacijska polja privlačne su prirode.
"Međutim, kad su virtualne čestice polarizirane, vakuum koji zauzimaju može u prosjeku imati negativnu energiju i oni iskrivljuju vrijeme u vremenu na takav način da pridruženo gravitacijsko polje postaje odbojno", kaže Carballo-Rubio.
To bi, naravno, moglo spriječiti stvaranje crne rupe. Ova pojava uzrokuje da relativno lagani zvjezdani ostaci stvaraju neutronske zvijezde umjesto crnih rupa. Njihova gravitacijska polja nisu dovoljno jaka da unište neutrone u singularnosti.
Dva prethodna modela sugeriraju da bi odbojna gravitacija mogla uzrokovati urušavanje zvjezdanih ostataka u crne rupe. Umjesto toga, jedan od simuliranih zvjezdanih ostataka formirao je gravastar - objekte ispunjene kvantnim vakuumom prekrivenim tankom ljuskom materije. Drugi model sugerira da su ti kolapsi rezultirali crnim zvijezdama, gdje se tvar i kvantni vakuum izmjenjuju kroz strukturu u pažljivoj ravnoteži. Oba objekta još uvijek imaju moćna gravitacijska polja koja duboko iskrivljuju svjetlost, čineći ih tamnima poput crnih rupa.
Prema Carballo-Rubio, ranije je bilo puno neizvjesnosti oko svojstava crnih zvijezda i gravastara. U novom radu stvorio je matematički okvir koji uključuje učinke odbojne gravitacije u jednadžbe koje opisuju širenje i skupljanje zvijezda. Prije se vjerovalo da se to može protumačiti samo uz pomoć računala. Njegov novi model pretpostavlja postojanje hibrida crne zvijezde i gravastara - objekta gdje su tvar i kvantni vakuum raspoređeni po cijeloj strukturi, ali s materijom u višim koncentracijama u ovojnici nego u jezgri.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Physical Review Letters.
