Amikor az óriási csillagok meghalnak, nem csak eltűnnek. Összeomlanak, sűrített csillagmaradványokat hagynak maguk után, általában akkorák, mint egy metropolisz, amely egy neutroncsillagnak nevezett szupersűrű neutrongömb.
A legtöbb teoretikus úgy véli, hogy kivételes esetekben egy óriási haldokló csillag fekete lyukat képez - egy pont "szingularitás" gyakorlatilag végtelen sűrűséggel és olyan erős gravitációs mezővel, hogy még fény sincs, ami a leggyorsabb dolog az univerzumban.
Az új tanulmány alternatív ötletet kínál arra vonatkozóan, hogy hipotetikus tárgyak, például fekete csillagok vagy gravasztárok létezhetnek félúton a neutroncsillagok és a fekete lyukak között. Ha igen, akkor az egzotikus csillaghullásoknak csaknem azonosaknak kell lenniük a fekete lyukakkal, kivéve egy kulcsfontosságú körülményt - nem szívják fel visszavonhatatlanul a fényt.
Jó okok vannak az ilyen alternatívák keresésére, mert a fekete lyukak sok elméleti problémát vetnek fel. Például szingularitásuk állítólag láthatatlan határok mögött rejtőzik eseményhorizontként. Dobj valamit egy fekete lyukba, és amint áthalad az esemény horizontján, örökre eltűnik. Vannak azonban olyan fizikai törvények, amelyek azt sugallják, hogy az információkat nem lehet megsemmisíteni, beleértve a fekete lyukakba hulló bármi belsejébe kódolt információkat is.
Az elmúlt két évtizedben kifejlesztett fekete csillagok és gravasztárok modelljei azt sugallják, hogy ezeknek a tárgyaknak nincsenek szingularitásaik és eseményhorizontjaik. De még mindig nem világos, hogy képesek-e ilyen tárgyak kialakulni és stabilak maradni.
Raul Carballo-Rubio elméleti fizikus, az Olasz Nemzetközi Fejlett Kutatási Iskola új kutatása olyan mechanizmust javasol, amely lehetővé teszi a fekete csillagok és a gravaszták létezését.
A tudós egy szokatlan jelenséget vizsgált, amelyet kvantum vákuum polarizációnak neveznek. A kvantumfizika, amely az összes ismert szubatomi részecske viselkedésének legjobb leírását adja, azt feltételezi, hogy a valóság bizonytalan, korlátozva, hogy mennyire pontosan tudja megismerni az anyag legalapvetőbb egységeinek tulajdonságait - például soha nem lehet teljesen megismerni egy részecske helyzetét és lendületét egy és ugyanazon Ugyanakkor. Ennek a bizonytalanságnak egy furcsa következménye, hogy a vákuum soha nem teljesen üres, hanem úgynevezett "virtuális részecskék" vannak, amelyek folyamatosan ingadoznak, amikor be- és kikerülnek a létezésből.
Promóciós videó:
Óriási mennyiségű, hatalmas csillag robbanásakor felszabaduló energiával ezek a virtuális részecskék tulajdonságaiktól függően polarizálódhatnak vagy rendeződhetnek, ahogyan a mágneseknek is van északi és déli pólusa. Carballo-Rubio kiszámította, hogy ezeknek a részecskéknek a polarizációja csodálatos hatást eredményezhet a haldokló óriáscsillagok erőteljes gravitációs terében - egy olyan mező, amely taszít, nem vonzza.
Einstein általános relativitáselmélete szerint a téridő anyagi és energetikai görbülete gravitációs mezők kialakulásához vezet. A bolygók és a csillagok energiája pozitív, és az ebből adódó gravitációs mezők vonzó jellegűek.
"Ha azonban a virtuális részecskék polarizálódnak, az általuk elfoglalt vákuumnak átlagosan negatív energiája lehet, és úgy deformálják a téridőt, hogy a kapcsolódó gravitációs mező taszítóvá váljon" - mondja Carballo-Rubio.
Ez természetesen megakadályozhatja a fekete lyuk kialakulását. Ez a jelenség miatt a viszonylag könnyű csillagmaradványok fekete lyukak helyett neutroncsillagokat képeznek. Gravitációs terük nem elég erős ahhoz, hogy a szingularitáson elpusztítsák a neutronokat.
Két korábbi modell azt sugallta, hogy az taszító gravitáció a csillagmaradványok összeomlásához vezethet, és fekete lyukakat képezhet. A szimulált csillagmaradványok egyike helyette gravasztárokat alkotott - kvantumvákuummal teli tárgyakat vékony anyaghéj borított. Egy másik modell szerint ezek az összeomlások fekete csillagokat eredményeztek, ahol az anyag és a kvantumvákuum gondos egyensúlyban váltakozik az egész szerkezetben. Mindkét objektumnak még mindig vannak erős gravitációs terei, amelyek mélyen eltorzítják a fényt, így olyan sötétnek tűnnek, mint a fekete lyukak.
Carballo-Rubio szerint korábban nagy volt a bizonytalanság a fekete csillagok és a síremlékek tulajdonságai tekintetében. Egy új műben matematikai keretet hozott létre, amely a taszító gravitáció hatásait beépíti a csillagok tágulását és összehúzódását leíró egyenletekbe. Korábban azt hitték, hogy ezt csak számítógépek segítségével lehet értelmezni. Új modellje feltételezi a fekete csillag és a gravasztár hibridjének létezését - egy olyan tárgyat, ahol az anyag és a kvantumvákuum eloszlik a szerkezetben, de az anyag nagyobb koncentrációban van a burkolatban, mint a magban.
A kutatás a Physical Review Letters folyóiratban jelent meg.