Czy czarne dziury naprawdę istnieją? Nowa teoria wskazuje na grawastary

Grawastary to hipotetyczne obiekty, które według części fizyków mogą stanowić alternatywę dla czarnych dziur. Naukowcy przedstawili nowe rozwiązanie równań ogólnej teorii względności, opisujące mechanizm ich powstawania.

Jak powstają czarne dziury?

Jak wyjaśniają naukowcy z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie nad Menem (Niemcy), kiedy bardzo masywna gwiazda wyczerpie swoje jądrowe paliwo, ciśnienie promieniowania nie jest już w stanie zapewnić wystarczającej przeciwwagi dla ściskającej ją grawitacji. Wtedy, według obecnych teorii, gwiazda zapada się pod własnym ciężarem, aż pozostaje tylko pojedynczy punkt: tak zwana osobliwość. Innymi słowy, powstaje czarna dziura.

Niestety, naturę czarnych dziur jest niezwykle trudno wyjaśnić za pomocą znanej fizyki. Mówiąc o tym, badacze zwracają uwagę na różne założenia – choćby to, że miliardy mas Słońca zostają skupione w jednym punkcie osobliwości. Podobnie dzieje się z czasoprzestrzenią. Ponadto w czarnych dziurach cała informacja jest ukryta przed obserwacjami – wszystko, włączając w to światło, bezpowrotnie znika za tzw. horyzontem zdarzeń.

„Na tym etapie prawa fizyki przestają działać, przez co nie da się przewidzieć, co się dzieje dalej” – podkreślają eksperci.

Czym są grawastary?

Zgodnie z założeniami teorii, badanej od ok. 25 lat, zamiast czarnych dziur mogą powstawać łatwiejsze do wyjaśnienia grawastary – ultragęste gwiazdy zwarte, których nie można zobaczyć z powodu ich niezwykle silnej grawitacji. Oprócz zwykłej materii, obecnej w ich zewnętrznych warstwach, miałyby być one wypełnione ciemną energią. Grawastary nie tworzyłyby horyzontu zdarzeń ani osobliwości, w której przestają działać znane prawa fizyki, dlatego łatwiej wyjaśnić ich istnienie.

Nowy model powstawania grawastarów

Zespół badaczy z Niemiec przedstawił ostatnio rozwiązanie równań ogólnej teorii względności Einsteina, opisujące zapadanie się gwiazdy, które mogłoby prowadzić do powstania grawastara. Pokazało ono, że zapadanie się może uruchomić powstanie miniwszechświata wewnątrz zapadającej się materii.

Według badaczy proces ten nie różni się bardzo od Wielkiego Wybuchu, z którego wyłonił się nasz wszechświat.

Podobnie jak w przypadku naszego wszechświata, jego ekspansję napędza ciemna energia. W ten sposób rozszerzanie się nowego wszechświata przeciwdziała siłom grawitacji i zatrzymuje zapadanie się gwiazdy, zanim może powstać czarna dziura.

W tym procesie ustala się równowaga między rozszerzającym się miniwszechświatem a zapadającą się materią i właśnie ta równowaga prowadzi do powstania stabilnego grawastara.

„Wielki Wybuch wyłaniającego się wszechświata może nastąpić dopiero wtedy, gdy gwiazda zapadła się już niemal do punktu, w którym stałaby się czarną dziurą” – podkreśla Daniel Jampolski z Uniwersytetu Goethego, autor pracy opublikowanej w piśmie „Physical Review D”. – „Łatwiej wyobrazić sobie, że Wielki Wybuch zachodzi dopiero na bardzo późnym etapie, gdy materia została już sprasowana do ekstremalnego stopnia, co prowadzi do pojawienia się nowych efektów”.

Czy grawastary zastąpią czarne dziury?

Według niego nie do końca zrozumiane jeszcze zachowanie skrajnie zagęszczonej materii pozostawia miejsce dla nowej fizyki. Nie należy jednak porzucać idei czarnych dziur – twierdzą naukowcy.

„Poszukiwanie alternatyw dla czarnych dziur nie powinno sugerować sceptycyzmu wobec samych czarnych dziur, które nadal stanowią najbardziej naturalne i najprostsze rozwiązanie problemu kolapsu grawitacyjnego. Jednak jako naukowcy w ogóle, a jako fizycy teoretyczni w szczególności, musimy zachować bezstronne podejście do tego, czego nie wiemy, i badać zarówno utrwalone poglądy, jak i bardziej egzotyczne interpretacje. Historia uczy nas, że nierzadko te drugie stają się z czasem tymi pierwszymi” – mówi współautor badania, prof. Luciano Rezzolla z tej samej uczelni.

Marek Matacz/PAP/WcN