Când stelele uriașe mor, ele nu dispar doar. Se prăbușesc, lăsând în urmă o rămășiță stelară comprimată, de obicei de mărimea unei metropole, care este o bilă superdensă de neutroni numită stea de neutroni.
Majoritatea teoreticienilor cred că, în cazuri excepționale, o stea gigantică pe moarte formează o gaură neagră - o „singularitate” punctuală cu densitate practic infinită și un câmp gravitațional atât de puternic încât nu există nici măcar lumină, cel mai rapid lucru din univers.
Noul studiu oferă o idee alternativă conform căreia obiecte ipotetice precum stelele negre sau gravastarele ar putea exista la jumătatea distanței dintre stelele de neutroni și găurile negre. Dacă da, atunci cadavrele stelare exotice ar trebui să fie aproape identice cu găurile negre, cu excepția unei circumstanțe cheie - nu absorb irevocabil lumina.
Există motive întemeiate pentru a căuta astfel de alternative, deoarece găurile negre ridică multe probleme teoretice. De exemplu, singularitățile lor sunt presupuse ascunse în spatele granițelor invizibile cunoscute sub numele de orizonturi de evenimente. Aruncați ceva într-o gaură neagră și, imediat ce trece de orizontul evenimentelor, va dispărea pentru totdeauna. Dar există legi ale fizicii care sugerează că informațiile nu pot fi distruse, inclusiv informațiile codificate în tot ceea ce cade în găurile negre.
Modelele de stele negre și gravastare dezvoltate în ultimele două decenii sugerează că aceste obiecte nu vor avea singularități și orizonturi de evenimente. Dar nu este încă clar dacă astfel de obiecte se pot forma și rămâne stabile.
Noile cercetări ale fizicianului teoretic Raul Carballo-Rubio de la Școala Internațională de Cercetări Avansate din Italia propun un mecanism care permite existența stelelor negre și gravastarelor.
Oamenii de știință au investigat un fenomen neobișnuit cunoscut sub numele de polarizarea cuantică în vid. Fizica cuantică, care oferă cea mai bună descriere a modului în care se comportă toate particulele subatomice cunoscute, presupune că realitatea este incertă, limitând cât de precis puteți cunoaște proprietățile celor mai elementare unități de materie - de exemplu, nu puteți cunoaște absolut niciodată poziția și impulsul unei particule în aceeași acelasi timp. O consecință ciudată a acestei incertitudini este că vidul nu este niciodată complet gol, ci are așa-numitele „particule virtuale” care oscilează continuu pe măsură ce intră și ies din existență.
Video promotional:
Cu o cantitate gigantică de energie eliberată de explozia unei stele uriașe, aceste particule virtuale se pot polariza sau ordona în funcție de proprietățile lor, la fel cum magneții au poli nord și sud. Carballo-Rubio a calculat că polarizarea acestor particule poate crea un efect uimitor în interiorul puternicelor câmpuri gravitaționale ale stelelor uriașe moarte - un câmp care respinge, nu atrage.
Conform teoriei generale a relativității a lui Einstein, curbura materială și energetică a spațiului-timp duce la formarea câmpurilor gravitaționale. Planetele și stelele au o cantitate pozitivă de energie, iar câmpurile gravitaționale rezultate sunt atractive în natură.
„Cu toate acestea, atunci când particulele virtuale sunt polarizate, vidul pe care îl ocupă poate avea, în medie, energie negativă și deformează spațiul-timp în așa fel încât câmpul gravitațional asociat devine respingător”, spune Carballo-Rubio.
Acest lucru, desigur, ar putea împiedica formarea unei găuri negre. Acest fenomen face ca resturi stelare relativ ușoare să formeze stele de neutroni în loc de găuri negre. Câmpurile lor gravitaționale nu sunt suficient de puternice pentru a distruge neutronii la singularitate.
Două modele anterioare au sugerat că gravitația respingătoare ar putea provoca prăbușirea resturilor stelare pentru a forma găuri negre. Una dintre rămășițele stelare simulate a format în schimb gravastare - obiecte umplute cu un vid cuantic acoperit cu o coajă subțire de materie. Un alt model a sugerat că aceste prăbușiri au dus la stele negre, unde materia și vidul cuantic alternează în întreaga structură într-un echilibru atent. Ambele obiecte au încă câmpuri gravitaționale puternice care deformează profund lumina, făcându-le să pară întunecate ca găurile negre.
Potrivit lui Carballo-Rubio, a existat anterior o mulțime de incertitudine cu privire la proprietățile stelelor negre și ale gravastarelor. Într-o nouă lucrare, el a creat un cadru matematic care încorporează efectele gravitației respingătoare în ecuații care descriu expansiunea și contracția stelelor. Anterior se credea că acest lucru nu putea fi interpretat decât cu ajutorul computerelor. Noul său model presupune existența unui hibrid de stea neagră și gravastar - un obiect în care materia și vidul cuantic sunt distribuite în întreaga structură, dar cu materie în concentrații mai mari în anvelopă decât în miez.
Cercetarea este publicată în revista Physical Review Letters.
