Что такое гравастары и почему они лучшая альтернатива теории Карла Шварцшильда?
Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной, способные настолько искажать пространство вокруг себя, что даже свет не может вырваться из тисков их гравитационного притяжения. Однако, согласно новому исследованию, опубликованному в апрельском выпуске журнала Physical Review D , большая часть того, что ученые знают об этих таинственных объектах, может оказаться ошибкой.
Как утверждают исследователи, черные дыры на самом деле могут представлять собой совершенно иные небесные тела, известные как гравастары. «Гравастары — это гипотетические астрономические объекты, которые были введены в 2001 году в качестве альтернативы черным дырам, — поясняет соавтор исследования Жоау Луис Роза, профессор физики Гданьского университета в Польше. — Их можно рассматривать как звезды, состоящие из вакуумной или темной энергии — той же, что движет ускоренным расширением Вселенной».
Идею черных дыр впервые предложил в 1915 году немецкий физик и астроном Карл Шварцшильд, основываясь на общей теории относительности Альберта Эйнштейна. На протяжении многих лет астрономические наблюдения, казалось, подтверждали существование таких объектов. Однако все же модель Шварцшильда имеет определенные недостатки.
В частности, предполагается, что центр черной дыры — это точка бесконечно высокой плотности, называемая сингулярностью, где сосредоточена вся масса черной дыры. Однако фундаментальные законы физики учат нас, что бесконечности не существует в реальности, и ее появление в любой теории сигнализирует о неполноте или ошибочности данных.
«Эти нюансы указывают на то, что в модели черных дыр есть либо ошибки, либо пробелы, и что необходимо развивать альтернативные модели», — говорит Роза. «Гравастар — одна из многих предложенных альтернатив. Главное преимущество гравастаров в том, что у них отсутствуют сингулярности».
Как и обычные черные дыры, согласно предположениям, гравастары должны возникать на финальном этапе эволюции массивных звезд. По этому принципу, когда энергии, высвобождаемой в ходе термоядерного горения их внутреннего вещества, становится недостаточно для преодоления силы гравитации, звезда сжимается в гораздо более плотный объект. Однако, в отличие от черных дыр, поскольку у гравастаров нет сингулярностей, они скорее представляют собой тонкие сферы материи, устойчивость которых поддерживается содержащейся в них темной энергией.
Чтобы выяснить, являются ли гравастары жизнеспособной альтернативой сингулярным черным дырам, ученые исследовали взаимодействие частиц и излучения с этими гипотетическими объектами.
Используя теорию Эйнштейна, они изучили, как бы выглядели огромные массы раскаленного вещества, окружающие сверхмассивные черные дыры, если бы эти объекты на самом деле были гравастарами. Команда также подробно исследовала свойства «горячих точек» — гигантских газовых пузырей, вращающихся вокруг черных дыр с околосветовой скоростью.
Расчеты выявили поразительное сходство между излучением вещества гравастарами и черными дырами. Более того, исследователи обнаружили, что сам гравастар должен иметь почти такой же вид, как и сингулярная черная дыра, создавая видимую тень.
«Эта тень вызвана не захватом света горизонтом событий, а несколько иным явлением, называемым «гравитационным красным смещением», из-за которого свет теряет энергию при движении через область сильного гравитационного поля», — поясняет Роза. «Действительно, когда свет, испускаемый из областей, близких к гравастарам, достигает наших телескопов, большая часть его энергии теряется».
Тем не менее, теория требует экспериментального подтверждения и длительных наблюдений, которые, по мнению авторов исследования, могут быть выполнены в ближайшем будущем.
«Для проверки наших результатов мы возлагаем надежды на новейшие наблюдательные инструменты в области гравитационной физики, — говорит Роза. — В частности, на Телескоп Горизонта Событий, который охотится за черными дырами, и GRAVITY+ — инструмент, который вскоре будет установлен на Очень большом телескопе в Чили. Эти два проекта нацелены на детальное изучение процессов, происходящих вблизи центров галактик, включая наш Млечный Путь».