Kun jättiläistähdet kuolevat, ne eivät vain katoa. Ne romahtavat jättäen taakse puristetun tähtijäännöksen, yleensä metropolin kokoisen, joka on supertiheä neutronipallo, jota kutsutaan neutronitähdeksi.
Useimmat teoreetikot uskovat, että poikkeustapauksissa jättiläinen kuoleva tähti muodostaa mustan aukon - pisteen "singulariteetti", jolla on käytännöllisesti katsoen ääretön tiheys ja gravitaatiokenttä, joka on niin voimakas, että ei ole edes valoa, nopeinta universumissa.
Uusi tutkimus tarjoaa vaihtoehtoisen ajatuksen siitä, että hypoteettisia esineitä, kuten mustia tähtiä tai hautakiviä, voi olla puolivälissä neutronitähtien ja mustien aukkojen välillä. Jos näin on, eksoottisten tähtiruumien tulisi olla melkein identtisiä mustien aukkojen kanssa, lukuun ottamatta yhtä keskeistä seikkaa - ne eivät absorboi peruuttamattomasti valoa.
Tällaisten vaihtoehtojen etsimiseen on hyviä syitä, koska mustat aukot herättävät monia teoreettisia ongelmia. Esimerkiksi heidän singulariteettinsa oletetaan olevan piilossa näkymättömien rajojen takana, joita kutsutaan tapahtumahorisonteiksi. Heitä jotain mustaan aukkoon, ja heti kun se ohittaa tapahtumahorisontin, se katoaa ikuisesti. Mutta on olemassa fysiikan lakeja, jotka viittaavat siihen, että tietoja ei voida tuhota, mukaan lukien tiedot, jotka on koodattu kaikkeen, mikä putoaa mustiin reikiin.
Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana kehitetyt mustien tähtien ja gravastarien mallit viittaavat siihen, että näillä esineillä ei ole singulariteetteja eikä tapahtumahorisontteja. Mutta on edelleen epäselvää, voivatko tällaiset esineet todella muodostua ja pysyä vakaina.
Teoreettisen fyysikon Raul Carballo-Rubion (International Institute of Advanced Research, Italia) uusi tutkimus ehdottaa mekanismia, joka sallii mustien tähtien ja gravastarien olemassaolon.
Tutkija tutki epätavallista ilmiötä, joka tunnetaan kvanttityhjiöpolarisaationa. Kvanttifysiikka, joka antaa paremman kuvauksen siitä, miten kaikki tunnetut subatomiset hiukkaset käyttäytyvät, olettaa, että todellisuus on epävarma, mikä rajoittaa sitä, kuinka tarkasti voit tietää aineen perusyksiköiden ominaisuudet - esimerkiksi ei voi koskaan tietää ehdottomasti hiukkasen sijaintia ja liikemäärää samassa samaan aikaan. Yksi outo seuraus tästä epävarmuudesta on, että tyhjiö ei ole koskaan täysin tyhjä, mutta sillä on ns. "Virtuaalisia hiukkasia", jotka heilahtavat jatkuvasti, kun ne menevät sisään ja ulos olemassaolosta.
Mainosvideo:
Valtavan tähden räjähdyksestä vapautuneen jättimäisen energiamäärän avulla nämä virtuaalihiukkaset voivat polaroitua tai järjestyä ominaisuuksiensa mukaan, aivan kuten magneeteilla on pohjois- ja etelänavat. Carballo-Rubio laski, että näiden hiukkasten polarisaatio voi luoda hämmästyttävän vaikutuksen kuolevien jättiläistähtien voimakkaissa painovoimakentissä - kenttä, joka hylkii, ei houkuttele.
Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan avaruusajan aineellinen ja energinen kaarevuus johtaa gravitaatiokenttien muodostumiseen. Planeetoilla ja tähdillä on positiivinen määrä energiaa, ja tuloksena olevat painovoimakentät ovat luonteeltaan houkuttelevia.
"Kuitenkin, kun virtuaaliset hiukkaset polarisoituvat, niiden käyttämässä tyhjiössä voi olla keskimäärin negatiivista energiaa, ja ne loimii avaruusaikaa siten, että siihen liittyvä painovoimakenttä muuttuu vastenmieliseksi", Carballo-Rubio sanoo.
Tämä tietysti voi estää mustan aukon muodostumisen. Tämä ilmiö saa suhteellisen kevyet tähtijäämät muodostamaan neutronitähtiä mustien aukkojen sijaan. Niiden painovoimakentät eivät ole riittävän vahvoja tuhoamaan neutronit singulariteetissa.
Kaksi aiempaa mallia ehdotti, että vastenmielinen painovoima voisi aiheuttaa tähtijäämien romahtamisen muodostaen mustia aukkoja. Yksi simuloiduista tähtijäännöksistä muodosti sen sijaan gravastarit - esineet, jotka oli täytetty kvanttivakuumilla, joka oli peitetty ohuella ainekuorella. Toinen malli ehdotti, että nämä romahdukset johtivat mustiin tähtiin, joissa aine ja kvanttivakuumi vuorottelevat koko rakenteessa tarkassa tasapainossa. Molemmissa kohteissa on edelleen voimakkaita painovoimakenttiä, jotka vääristävät syvästi valoa, jolloin ne näyttävät tummilta kuin mustat aukot.
Carballo-Rubion mukaan mustien tähtien ja hautakivien ominaisuuksista oli aiemmin paljon epävarmuutta. Uudessa teoksessa hän loi matemaattisen kehyksen, joka sisällyttää hylkivän painovoiman vaikutukset yhtälöihin, jotka kuvaavat tähtien laajenemista ja supistumista. Aikaisemmin uskottiin, että tämä voidaan tulkita vain tietokoneiden avulla. Hänen uudessa mallissaan oletetaan mustan tähden ja gravastarin hybridin olemassaolo - esine, jossa aine ja kvantt tyhjiö jakautuvat koko rakenteeseen, mutta aineessa on suurempi pitoisuus vaipassa kuin ytimessä.
Tutkimus on julkaistu Physical Review Letters -lehdessä.