Коллапс массивных звёзд может создавать мини-вселенные вместо чёрных дыр
Международная группа теоретиков предложила необычную альтернативу традиционному сценарию гибели массивных звёзд. Согласно новой теоретической работе, коллапс таких светил может приводить не только к образованию чёрных дыр, но и к возникновению так называемых гравизвёзд — гипотетических объектов, внутри которых способны зарождаться «мини-вселенные».
Согласно общепринятой модели эволюции массивных звёзд, после исчерпания термоядерного топлива они теряют способность противостоять собственной гравитации. В результате происходит катастрофическое сжатие, которое оставляет после себя либо компактные остатки, такие как нейтронные звёзды, либо чёрные дыры.
В случае образования чёрной дыры давление излучения уже не может компенсировать гравитационное притяжение. Согласно общей теории относительности, вещество продолжает сжиматься до состояния сингулярности — точки, где плотность, сила тяжести и кривизна пространства-времени становятся бесконечными. Несмотря на то что существование чёрных дыр подтверждается многочисленными наблюдениями электромагнитного излучения и гравитационных волн, некоторые их фундаментальные свойства до сих пор вызывают научные дискуссии.
Особенно проблематичной остаётся сама сингулярность, поскольку её появление указывает на пределы применимости классической общей теории относительности. Кроме того, горизонт событий, за пределы которого не может вырваться никакая информация, включая свет, делает невозможным прямое изучение внутренних областей чёрной дыры. По этой причине физики на протяжении многих лет разрабатывают альтернативные математические модели. Некоторые из них устраняют сингулярность, сохраняя горизонт событий, как в случае так называемых регулярных чёрных дыр. Другие же предлагают объекты, не обладающие ни сингулярностью, ни горизонтом событий.
К числу таких альтернатив относятся гравизвёзды — сокращение от английского gravitational vacuum star, что можно перевести как «звезда гравитационного вакуума». Внутри подобных объектов, согласно гипотезе, отсутствуют как сингулярность, так и горизонт событий. Их центральная область заполнена тёмной энергией, тогда как внешняя часть состоит из тонкой оболочки обычного вещества.
Предполагается, что отрицательное давление тёмной энергии стремится расширить внутреннюю область объекта, а гравитация и давление внешней оболочки препятствуют этому расширению. В результате между этими процессами устанавливается баланс, обеспечивающий устойчивость структуры. Поскольку такие объекты должны обладать компактностью, близкой к компактности чёрных дыр, отличить их от последних чрезвычайно сложно. Ранее высказывались предположения, что помочь в этом могут наблюдения электромагнитного излучения, поскольку гравитационные сигнатуры гравизвёзд могут отличаться от сигнатур чёрных дыр. Однако эффективность подобных методов остаётся предметом обсуждений.
В новой работе два физика-теоретика представили модель образования статической гравизвезды в результате гравитационного коллапса сферического облака звёздного вещества. По их словам, несмотря на математическую состоятельность различных альтернатив чёрным дырам, механизмы формирования таких объектов до сих пор остаются малоизученными. Понимание процессов их возникновения рассматривается исследователями как важнейший шаг для проверки возможности их существования в природе.
Согласно разработанной модели, коллапс массивной звезды способен запустить процесс, напоминающий Большой взрыв. В результате внутри формирующейся гравизвезды может возникнуть отдельная мини-вселенная.
Как объясняет ведущий автор исследования Даниэль Ямпольски из Института теоретической физики Университета Гёте во Франкфурте, аналог Большого взрыва может происходить уже после того, как звезда практически достигла состояния чёрной дыры. По его словам, такой сценарий легче представить именно на поздних стадиях коллапса, когда вещество уже сжато до экстремальных плотностей и могут проявляться новые физические явления.
Авторы предполагают, что образовавшаяся мини-вселенная, подобно нашей собственной Вселенной, начнёт расширяться благодаря тёмной энергии, сосредоточенной в ядре гравизвезды. Это расширение будет противодействовать гравитационному сжатию вещества. В результате возникнет своеобразное равновесие между расширяющейся мини-вселенной и продолжающимся коллапсом звёздного вещества, что позволит сформироваться устойчивой гравизвезде вместо чёрной дыры.
При этом соавтор исследования, профессор теоретической астрофизики Университета Гёте Лучано Реццолла, подчёркивает, что поиск альтернатив чёрным дырам не означает сомнений в их существовании. По его словам, чёрные дыры по-прежнему остаются наиболее естественным и простым объяснением процессов гравитационного коллапса. Однако задача науки заключается в беспристрастном исследовании неизвестного и проверке не только общепринятых теорий, но и более необычных идей. История науки неоднократно показывала, что концепции, первоначально считавшиеся экзотическими, со временем могли становиться общепризнанными.
Исследование в журнале Physical Review D.