Новое исследование приводит новые доказательства в пользу гипотезы о том, что черные дыры являются «гравастарами» — радикально отличающимися друг от друга объектами. Это гипотетический тип звезды, состоящий полностью из темной энергии — той самой энергии, которая движет расширением Вселенной. По мнению исследователей, это может устранить физические несоответствия, связанные с существованием сингулярности в центре черных дыр.
Черные дыры — одни из самых экстремальных и загадочных объектов Вселенной. Впервые теоретизированы в 1915 году немецким физиком и астрономом Карлом Шварцшильдом на основе общей теории относительности Эйнштейна, гравитационное притяжение настолько сильное, что даже свет не может выйти наружу.
Многочисленные наблюдения подтвердили большинство теоретических характеристик черных дыр, но некоторые пробелы ставят под сомнение их истинную природу. Согласно современным теориям, в центре черной дыры находится точка с бесконечно высокой плотностью, называемая сингулярностью. Это следствие гравитационного коллапса на уровне сверхплотной и компактной точки. С другой стороны, существование горизонта событий и связанная с ним потеря информации свидетельствуют об утрате предсказуемости гравитационного коллапса.
С физической точки зрения бесконечность и непредсказуемость не существуют технически, что указывает на несоответствие традиционных теоретических моделей черных дыр. Это побудило исследователей искать альтернативные модели, которые согласуются с предыдущими и пытаются устранить их пробелы. Проблемы свидетельствуют о недостатках или неполноте существующей модели черных дыр. Требуется разработка новых моделей. — Заявляет Жуан Луис Роза, профессор физики Гданьского университета в Польше и главный автор нового исследования.
Среди предложенных альтернативных моделей — гравастары, одна из групп объектов, известных как экзотические компактные объекты (ЭКО).
Предложенные в 2001 году гравастары — гипотетические объекты, напоминающие звезды и состоящие из темной энергии, отвечающей за расширение Вселенной. Их описывают как пузыри, заполненные вакуумом и покрытые оболочкой из очень плотной материи. Главное их преимущество — отсутствие сингулярностей.
В ходе недавнего исследования, изложенного в журнале… Роза с коллегами исследует эту гипотезу, проанализировав новые данные наблюдений. Результаты показывают поразительное сходство между потоками материи, наблюдаемыми в черных дырах, и потоками, предполагаемыми для гравастаров.
Astonishing resemblance to a new theoretical model
Гравистары относятся к широкому спектру предполагаемых объектов с экстремально высокой плотностью, образующихся из одной или нескольких релятивистских жидкостей. Как и черные дыры, предполагается, что гравистары являются конечным этапом эволюции массивных звезд, когда у них заканчивается топливо и они коллапсируют на себя, создавая чрезвычайно плотные объекты. В отличие от черных дыр, гравистары не обладают сингулярностями, потому что их стабильность поддерживается содержащейся в них темной энергией.
Отсутствие сингулярности позволяет гравитационному коллапсу гравастаров прекратиться после определенного порога. Это означает фазовый переход на горизонте событий (или вблизи него). Гравитация на этом пределе настолько сильна, что материя превращается в конденсат Бозе-Эйнштейна — состояние из одинаковых бозонов. Этот конденсат образует почти неразрушимую сферу, окружающую вакуум или темную энергию гравастара.
Чтобы определить соответствие характеристик наблюдательным данным о черных дырах, ученые в новом исследовании проанализировали взаимодействие частиц и излучения на уровне аккреционного диска. Также изучили свойства горячих точек — гигантских пузырей газа, окружающих черные дыры и вращающихся вокруг них со скоростями, близкими к скорости света.
Ученые выяснили, что свойства гравитационных волн удивительным образом соответствуют наблюдениям. Смещение материи аналогично таковому при существовании гравитационных волн, а черные дыры отбрасывают видимую тень, схожую с той, которая теоретически должна быть у гравитационных волн. Эта тень возникает не из-за захвата света горизонтом событий, а вследствие явления, называемого «гравитационным красным смещением». В его ходе свет теряет энергию при прохождении через область с сильным гравитационным полем. — говорит Роза. При попадании света, испускаемого этими объектами, в наши телескопы значительная его энергия рассеивается под действием гравитационного поля, образуя тень.
Необходимо подтвердить полученные результаты экспериментами и дополнительными наблюдениями, которые, как полагают эксперты, возможно провести в ближайшее время. Для проверки наших результатов планируем проведение следующих поколений наблюдений в области гравитации. — Заявляет Роза, говоря о скорых наблюдениях телескопа Event Horizon и прибора GRAVITY+, который присоединится к Очень большому телескопу в Чили, — направленные на черные дыры в центрах галактик, включая нашу.