Умирающая звезда может создать новую вселенную вместо черной дыры

Расширяющаяся мини-вселенная может уравновесить коллапсирующее вещество звезды, создавая стабильную гравастару. Credit: Daniel Jampolski and Luciano Rezzolla, Goethe University Frankfurt

Массивные звезды производят свет и тепло с помощью ядерного синтеза, высвобождая огромное количество энергии из своих недр. Однако рано или поздно самые крупные звезды исчерпывают топливо. Как только это происходит, внешнее давление излучения больше не может противостоять гравитации. Звезда начинает коллапсировать под собственным весом, теоретически продолжая сжиматься до тех пор, пока вся ее масса не будет сжата в одну точку — сингулярность.

Хотя черные дыры широко признаны физиками, они все еще вызывают фундаментальные вопросы. Как масса, равная миллиардам Солнц, может быть сжата в бесконечно малую точку? Как пространство-время может стать бесконечно искривленным в сингулярности?

В этом экстремальном пределе известные законы физики перестают давать надежные ответы. Ученые не могут точно описать, что происходит в таких условиях. Черные дыры также представляют собой еще одну проблему, поскольку они скрывают все за своими горизонтами событий. Любое вещество, излучение или информация, пересекающие эту границу, включая сам свет, больше не могут быть наблюдаемы.

Гравастары и роль темной энергии

Из-за этих нерешенных проблем некоторые исследователи изучали возможность того, что по крайней мере некоторые объекты, идентифицируемые как черные дыры, могут быть чем-то совершенно иным. Одна из предложенных альтернатив — ультракомпактный объект, известный как гравастара.

Гравастары были бы почти такими же плотными и массивными, как черные дыры, что делало бы их чрезвычайно трудными для обнаружения из-за их интенсивного гравитационного притяжения. Однако, в отличие от черных дыр, они не содержали бы сингулярности или горизонта событий. Вместо этого, под своими внешними слоями обычной материи, они были бы заполнены темной энергией. Эта загадочная форма энергии создает внешнее давление, которое противодействует гравитации и предотвращает полный коллапс.

Для многих физиков гравастары являются привлекательной альтернативой, поскольку они позволяют избежать некоторых концептуальных проблем, связанных с черными дырами. Однако один главный вопрос оставался без ответа на протяжении десятилетий: как гравастары могли бы образоваться?

Новое решение предполагает формирование мини-вселенной

Физики-теоретики Даниэль Ямпольски и профессор Лучано Реццолла предложили то, что они называют первым динамическим решением уравнений общей теории относительности Эйнштейна, которое объясняет, как коллапсирующая звезда может произвести гравастару.

Согласно их работе, коллапс массивной звезды может вызвать рождение миниатюрной вселенной внутри самого коллапсирующего вещества. Эта новообразованная вселенная была бы не слишком отлична от Большого взрыва, который породил наш собственный космос. Как и в нашей вселенной, темная энергия управляла бы ее расширением.

По мере расширения мини-вселенной она толкает наружу против внутреннего притяжения гравитации. Эта противодействующая сила может остановить коллапс до того, как сформируется черная дыра. Результатом является стабильный баланс между коллапсирующим звездным материалом и расширяющейся внутренней вселенной. Этот баланс и создает гравастару.

Исследователи говорят, что их решение дает первое объяснение вопроса, который ученые обсуждали около 25 лет: как гравастары могут возникать из коллапса обычной материи.

Пространство для новой физики

Даниэль Ямпольски, разработавший это решение в ходе своей магистерской диссертации под руководством Лучано Реццоллы, объясняет:

«Большой взрыв зарождающейся вселенной может развернуться после того, как звезда уже коллапсировала почти до точки превращения в черную дыру».

Поведение материи, сжатой до столь экстраординарных плотностей, остается плохо изученным, что оставляет возможность для новых физических явлений. Как отмечает Ямпольски:

«Легче представить, что Большой взрыв происходит только на очень поздней стадии, когда материя уже сжата до крайней степени, тем самым порождая новые эффекты».

Реццолла, профессор теоретической астрофизики в Университете Гёте, подчеркивает, что изучение альтернатив не означает отрицания черных дыр.

«Поиск альтернатив черным дырам не должен предполагать скептицизма в отношении черных дыр, которые по-прежнему представляют собой наиболее естественное и простое решение судьбы гравитационного коллапса. Однако, как ученым в целом и как физикам-теоретикам в частности, крайне важно сохранять непредвзятый подход к тому, чего мы не знаем, и, следовательно, исследовать как общепринятые знания, так и более экзотические интерпретации. История учит нас, что нередко последние становятся первыми».

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Гёте во Франкфурте.

Daniel Jampolski, Luciano Rezzolla. Formation of gravastars. Physical Review D, 2026; 113 (12) DOI: 10.1103/c6lw-nx7k