Når gigantiske stjerner dør, forsvinner de ikke bare. De kollapser og etterlater seg en komprimert stjerne rest, vanligvis på størrelse med en metropol, som er en supertett ball av nøytroner som kalles en nøytronstjerne.
De fleste teoretikere mener at i enestående tilfeller danner en gigantisk døende stjerne et svart hull - et punkt "singularitet" med tilnærmet uendelig tetthet og et gravitasjonsfelt så kraftig at det ikke engang er lys, den raskeste tingen i universet.
Den nye studien tilbyr en alternativ ide om at hypotetiske gjenstander som svarte stjerner eller gravastarer kan eksistere halvveis mellom nøytronstjerner og sorte hull. I så fall bør eksotiske stjernekropp være nesten identisk med sorte hull, bortsett fra en viktig omstendighet - de absorberer ikke ugjenkallelig lys.
Det er gode grunner til å se etter slike alternativer fordi sorte hull gir mange teoretiske problemer. For eksempel er deres egenart angivelig skjult bak usynlige grenser kjent som begivenhetshorisonter. Kast noe i et svart hull, og så snart det passerer begivenhetshorisonten, vil det forsvinne for alltid. Men det er fysikklover som antyder at informasjon ikke kan ødelegges, inkludert informasjon kodet i alt som faller i sorte hull.
Modeller av svarte stjerner og gravastjerner som er utviklet i løpet av de siste to tiårene, antyder at disse objektene ikke vil ha egenart og begivenhetshorisonter. Men det er fortsatt uklart om slike gjenstander faktisk kan dannes og forbli stabile.
Ny forskning av teoretisk fysiker Raul Carballo-Rubio fra International School of Advanced Research i Italia foreslår en mekanisme som gjør at svarte stjerner og gravastars kan eksistere.
Forskeren undersøkte et uvanlig fenomen kjent som kvantevakuumpolarisering. Kvantefysikk, som gir den beste beskrivelsen av hvordan alle kjente subatomære partikler oppfører seg, antar at virkeligheten er usikker, og begrenser hvor nøyaktig du kan kjenne egenskapene til de mest grunnleggende materieenhetene - for eksempel kan du aldri absolutt vite posisjonen og momentet til en partikkel i en og samme samme tid. En merkelig konsekvens av denne usikkerheten er at vakuumet aldri er helt tomt, men har såkalte "virtuelle partikler" som kontinuerlig svinger når de går ut og inn.
Kampanjevideo:
Med en gigantisk mengde energi frigjort fra eksplosjonen til en stor stjerne, kan disse virtuelle partiklene polarisere eller bestille, avhengig av egenskapene, akkurat som magneter har nord- og sørpoler. Carballo-Rubio beregnet at polarisasjonen av disse partiklene kan skape en fantastisk effekt inne i de kraftige gravitasjonsfeltene til døende gigantiske stjerner - et felt som frastøter, tiltrekker seg ikke.
I følge Einsteins generelle relativitetsteori fører den tidlige materielle og energiske krumningen til dannelsen av gravitasjonsfelt. Planeter og stjerner har en positiv mengde energi, og de resulterende gravitasjonsfeltene er attraktive i naturen.
"Når virtuelle partikler er polarisert, kan imidlertid vakuumet de okkuperer i gjennomsnitt ha negativ energi, og de fordreier romtiden på en slik måte at det tilhørende gravitasjonsfeltet blir frastøtende," sier Carballo-Rubio.
Dette kan selvfølgelig forhindre dannelsen av et svart hull. Dette fenomenet fører til at relativt lette stjernerester danner nøytronstjerner i stedet for sorte hull. Gravitasjonsfeltene deres er ikke sterke nok til å ødelegge nøytroner ved singulariteten.
To tidligere modeller antydet at frastøtende tyngdekraft kunne føre til at stjernerester kollapset for å danne sorte hull. En av de simulerte stjernerester dannet i stedet gravastjerner - gjenstander fylt med et kvantevakuum dekket med et tynt skall av materie. En annen modell foreslo at disse kollapsene resulterte i svarte stjerner, der materie og kvantevakuum veksler mellom strukturen i nøye balanse. Begge objektene har fremdeles kraftige gravitasjonsfelt som forvrenger lys dypt, og får dem til å virke så mørke som svarte hull.
I følge Carballo-Rubio var det tidligere mye usikkerhet rundt egenskapene til svarte stjerner og gravastars. I et nytt verk skapte han et matematisk rammeverk som inkorporerer effekten av frastøtende tyngdekraft i ligninger som beskriver utvidelse og sammentrekning av stjerner. Tidligere ble det antatt at dette bare kunne tolkes ved hjelp av datamaskiner. Hans nye modell forutsetter eksistensen av en hybrid av en svart stjerne og gravastar - et objekt der materie og kvantevakuum fordeler seg gjennom strukturen, men med materie i høyere konsentrasjoner i konvolutten enn i kjernen.
Forskningen er publisert i tidsskriftet Physical Review Letters.
