Одно из центральных предсказаний общей теории относительности заключается в том, что в конечном итоге побеждает гравитация. Звезды будут синтезировать водород в новые элементы, чтобы бороться с гравитацией и какое-то время противостоять ей. Электроны и нейтроны оказывают давление, противодействуя гравитации, но их устойчивость к этому постоянному притяжению ограничивает количество массы, которую может иметь белый карлик или нейтронная звезда. Всему этому можно противостоять, собирая вместе больше массы. За пределами примерно трех солнечных масс, плюс-минус, гравитация превзойдет все остальные силы и схлопнет массу в черную дыру.
Хотя черные дыры имеют множество теоретических и наблюдательных доказательств их существования, теория черных дыр не лишена проблем. Во-первых, общая теория относительности предсказывает, что масса сжимается до бесконечно плотной сингулярности, где законы физики нарушаются. Эта сингулярность окутана горизонтом событий, который служит точкой невозврата для всего, что пожирает черная дыра. Оба эти варианта проблематичны, поэтому попытки найти альтернативу существуют уже давно. Некий механизм, предотвращающий образование сингулярностей и горизонтов событий.
Одной из альтернатив является гравитационно-вакуумная звезда или гравитационно-конденсатная звезда, обычно называемая гравастаром. Впервые он был предложен в 2001 году и основан на том факте, что большая часть энергии во Вселенной представляет собой не обычную материю и даже не темную материю, а темную энергию. Темная энергия стимулирует космическое расширение, поэтому, возможно, она сможет противостоять гравитационному коллапсу при высоких плотностях.
Первоначальная модель гравастара предполагала своего рода бозе-эйнштейновский конденсат темной энергии, окруженный тонкой оболочкой обычной материи. Внутренний конденсат гарантирует, что гравазвезда не имеет сингулярности, а плотная оболочка материи гарантирует, что гравазвезда снаружи выглядит похожей на черную дыру. Интересная идея, но есть две центральные проблемы. Во-первых, оболочка нестабильна, особенно если гравастар вращается. Есть способы настроить ситуацию так, чтобы сделать ее стабильной, но такие идеальные условия вряд ли могут возникнуть в природе. Вторая проблема заключается в том, что гравитационно-волновые наблюдения за слияниями крупных тел подтверждают стандартную модель черной дыры. Но новая модель гравастара может решить некоторые из этих проблем.
Новая модель, по сути, объединяет несколько гравастаров вместе, что-то вроде матрешек. Вместо одной оболочки, содержащей экзотическую темную энергию, модель имеет слои вложенных друг в друга оболочек с темной энергией между слоями. Авторы называют эту модель нестаром или вложенным гравастаром. Эта альтернативная модель делает гравастар более стабильным, поскольку напряжение темной энергии лучше уравновешивается весом снарядов. Внутренняя структура незвезды также означает, что гравитационные волны незвезды и черной дыры более похожи, а это означает, что технически их существование нельзя исключать.
Тем не менее, даже авторы отмечают, что не существует вероятного сценария, который мог бы привести к образованию незвезд. Скорее всего, их не существует, и почти наверняка то, что мы наблюдаем как черные дыры, является настоящими черными дырами. Но исследования, подобные этому, отлично подходят для проверки пределов общей теории относительности. Они помогают нам понять, что возможно в рамках теории, что, в свою очередь, помогает нам лучше понять физику гравитации.
Ссылка: Ямпольски, Даниэль и Реццолла, Лучано. «Вложенные решения гравитационных конденсатных звезд». Классическая и квантовая гравитация 41 (2024): 065014.
