Гравастары вместо сингулярности: физики нашли внутри коллапсирующей звезды рождение новой вселенной

Группа физиков под руководством профессора Лучано Реццоллы из Университета Гёте во Франкфурте предложила новое теоретическое решение, которое может заменить классическую картину образования черных дыр. Исследователи обнаружили, что при коллапсе массивной звезды может возникать не сингулярность, а так называемая гравастар (гравазвезда) — сверхплотный объект, заполненный темной энергией и содержащий внутри себя мини-вселенную. Результаты этого динамического моделирования на основе уравнений общей теории относительности опубликованы в журнале Physical Review D.

Обычно предполагают, что когда очень тяжелая звезда исчерпывает топливо, ее ядро неизбежно схлопывается в черную дыру — точку бесконечной плотности, где привычные законы физики перестают работать. Однако концепция сингулярности и горизонта событий, за которым исчезает любая информация, до сих пор вызывает у ученых много вопросов. Неужели природа действительно допускает такие разрывы в ткани пространства-времени?

Альтернативой черным дырам уже четверть века служат гипотетические гравастары (англ. gravastar). Эти объекты столь же массивны и компактны, как черные дыры, но у них нет ни сингулярности, ни горизонта событий. Внешне гравастары почти неотличимы от черных дыр, они тоже не пропускают свет из-за чудовищной гравитации.

Однако внутри них, по замыслу, находится не сингулярность, а наполненная темной энергией субстанция, которая оказывает внешнее давление и тем самым противостоит гравитационному коллапсу. До сих пор главная проблема заключалась в том, чтобы объяснить, как такой объект может сформироваться из обычной коллапсирующей материи.

Франкфуртские физики впервые предложили динамическое решение уравнений Эйнштейна, которое описывает рождение гравастара в процессе звездного коллапса. Согласно их модели, когда внутреннее давление в умирающей звезде уже не может сопротивляться гравитации, сжатие материи достигает такой экстремальной степени, что инициирует нечто похожее на Большой взрыв внутри схлопывающегося вещества. Возникает миниатюрная вселенная, расширение которой управляется темной энергией точно так же, как расширение нашей собственной вселенной.

Это внутреннее расширение действует как стабилизирующая сила. Оно противодействует чудовищному давлению внешних слоев звезды и останавливает коллапс задолго до того, как образуется сингулярность.

В результате устанавливается равновесие между сжимающейся обычной материей и расширяющейся мини-вселенной.

Именно это равновесие и порождает стабильный гравастар. По словам ученых, Большой взрыв новой вселенной происходит практически в последний момент, когда исходная звезда уже почти готова превратиться в черную дыру. Такая поздняя стадия оставляет пространство для новой физики, ведь поведение материи в условиях экстремального сжатия пока мало изучено.

Профессор Лучано Реццолла подчеркивает, что предложенная альтернатива не означает отрицания черных дыр как таковых. Черные дыры остаются самым простым и естественным объяснением гравитационного коллапса. Но наука, напоминает он, не должна замыкаться в рамках привычных представлений. История физики знает немало примеров, когда экзотические гипотезы в итоге становились общепринятыми.

В результате ученые из Франкфуртского университета впервые математически обосновали, как вместо черной дыры может образоваться гравастар — объект без сингулярности, заполненный темной энергией и содержащий внутри расширяющуюся мини-вселенную. Это открывает путь для пересмотра теории гравитационного коллапса и предлагает новую платформу для поиска ответов на вопросы, которые классические черные дыры оставляют без решения.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях