Образование гравизвезды: внутренний катаклизм в звёздном ядре

Новости МирТесен

Свечение звезд обусловлено термоядерными реакциями, протекающими в их ядре и высвобождающими колоссальное количество энергии. Когда массивная звезда исчерпывает свои запасы ядерного топлива, гравитационное сжатие становится непреодолимым. В результате происходит коллапс звезды под действием собственной тяжести до состояния бесконечно малой точки – сингулярности.

Несмотря на то, что формирование черных дыр кажется вероятным сценарием развития массивной звезды, эти объекты по-прежнему создают немало вопросов для ученых. Как колоссальная масса, эквивалентная десяти миллиардам солнц, может быть сконцентрирована в невероятно малом объеме? Что заставляет пространство и время бесконечно деформироваться в сингулярности? На этом этапе известные законы физики оказываются неприменимы, что делает любые прогнозы невозможными. Более того, черные дыры полностью скрывают информацию: свет и все остальное навсегда исчезают за пределами горизонта событий.

В связи с этим существует гипотеза о том, что черные дыры могут быть вовсе не теми объектами, которые мы считаем их. Возможно, это сверхплотные звезды, скрытые от наблюдения из-за экстремально сильного гравитационного поля. Их также называют гравизвездами. Помимо обычной материи в слоях внешней оболочки, они содержат темную энергию – силу, оказывающую давление и поддерживающую стабильность массы, которая иначе могла бы привести к коллапсу. Ученым проще принять существование гравизвезд, поскольку им не свойственны сингулярности или горизонт событий, но при этом их плотность и масса сопоставимы с характеристиками черных дыр. Однако остается открытым вопрос о механизме формирования таких объектов.

Два ученые-теоретики, Даниэль Ямпольски и профессор Лучано Резцолла, представили Решение уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна позволяет описать схлопывание звезды и потенциальное формирование гравизвезды. Согласно этому решению, при сжатии вещества может возникнуть мини-вселенная внутри коллапсирующей материи, напоминающая ту, что образовалась в результате Большого взрыва. Как и наша Вселенная, эта новая вселенная расширяется благодаря темной энергии, оказывая сопротивление гравитации и предотвращая образование черной дыры. В процессе устанавливается баланс между растущей мини-вселенной и сжимающейся материей, приводящий к появлению стабильной гравизвезды. Используя это решение, основанное на принципах общей теории относительности, ученые из Франкфурта предоставили объяснение вопроса о формировании гравизвезд при коллапсе обычной материи – дискуссии, ведущейся в научном сообществе уже несколько десятилетий.

Дэниел Ямпольски, который обнаружил это решение в рамках своей магистерской работы под руководством Лучано Реццоллы, комментирует: «Начало развития Вселенной может быть связано с коллапсом звезды до состояния, близкого к черной дыре. Исследование свойств экстремально плотной материи открывает перспективы для новых научных прорывов. Гораздо проще представить Большой взрыв как явление, возникающее на этапе максимального сжатия вещества, что может привести к появлению ранее неизвестных эффектов».

Лучано Реццолла, профессор теоретической астрофизики в Университете Гёте, отмечает: «Поиск альтернативных объяснений гравитационному коллапсу не должен подразумевать отрицание черных дыр; они остаются наиболее логичным и простым вариантом. Тем не менее, важно для ученых сохранять открытость к неизвестным аспектам реальности и изучать как общепринятые модели, так и более необычные интерпретации. История показывает, что нестандартные подходы часто оказываются новаторскими».

Статья опубликована в журнале Physical Review D.

[Фото: Daniel Jampolski and Luciano Rezzolla, Goethe University Frankfurt ]