Gdy gasnąca gwiazda nie staje się czarną dziurą. Oto, co może powstać
Niektóre masywne gwiazdy mogą unikać losu czarnej dziury w zaskakująco spektakularny sposób. Według nowej teorii unikają one zapaści materii, a w ich środku może powstać coś zaskakującego.
Nowy Wszechświat zamiast czarnej dziury
Fizycy od dekad wiedzą, że masywne gwiazdy kończą życie w gwałtownej zapaści grawitacyjnej (tzw. kolapsie). Gdy wypalą swoje paliwo jądrowe, grawitacja wygrywa z promieniowaniem i gwiazda zapada się pod własnym ciężarem. Standardowy model przewiduje, że cała masa zostaje ściśnięta do osobliwości, czyli pojedynczego punktu o zerowej objętości i nieskończonej gęstości. Zewsząd otacza go horyzont zdarzeń, czyli granicą, za którą nic nie może uciec – nawet światło. Tak powstaje czarna dziura.
Problem w tym, że osobliwość łamie znane prawa fizyki. Żadne równanie nie opisuje wiarygodnie, co dzieje się z materią w takim ekstremalnym stanie. Dlatego część badaczy od lat szuka alternatywnych wyjaśnień.
Daniel Jampolski, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie, zaproponował rozwiązanie, które dosłownie wywraca scenariusz do góry nogami. Pracując pod kierunkiem profesora Luciano Rezzolla, specjalisty od astrofizyki teoretycznej, opracował pierwsze dynamiczne rozwiązanie równań ogólnej teorii względności Einsteina, które pokazuje, jak kolaps gwiazdy mógłby zamiast czarnej dziury stworzyć grawastar (ang. gravastar). Jest to obiekt równie masywny i gęsty jak czarna dziura, ale bez osobliwości i bez horyzontu zdarzeń. Zamiast tego ma materialną powierzchnię.
Wnętrze tego obiektu zamiast skompresowanej materii wypełnia ciemna energia, czyli tajemnicza forma energii odpowiedzialna za przyspieszone rozszerzanie się naszego wszechświata.
Zgodnie z teorią Jampolskiego, gdy gwiazda zapada się niemal do punktu, w którym powinna powstać czarna dziura, wewnątrz niej zachodzi miniaturowy Wielki Wybuch. Rodzący się mikrowszechświat zaczyna się rozszerzać pod wpływem ciemnej energii, odpychając materię od środka. Siła odpychania równoważy przyciąganie grawitacyjne, kolaps zatrzymuje się i powstaje stabilny grawastar.
Jak mówi Jampolski, "Wielki Wybuch rodzącego się wszechświata może nastąpić dopiero wtedy, gdy gwiazda zapadła się już niemal do poziomu czarnej dziury." Chodzi więc o efekty, które pojawiają się tylko przy ekstremalnie wysokich gęstościach materii, niezbadanych jeszcze przez fizykę.
Rezzolla podkreśla, że szukanie alternatyw dla czarnych dziur nie oznacza kwestionowania ich istnienia. Czarne dziury pozostają najprostszym i najbardziej naturalnym wyjaśnieniem kolapsu grawitacyjnego. Teoria grawastaru przypomina jednak nam, że jeśli chodzi o ekstremalne gęstości, to fizyka ma jeszcze tutaj sporo do odkrycia. Praca została opublikowana w czasopiśmie "Physical Review D".
