Τα τεράστια αστέρια παράγουν φως και θερμότητα μέσω της πυρηνικής σύντηξης, μια διαδικασία που απελευθερώνει μεγάλες ποσότητες ενέργειας από τους πυρήνες τους. Τελικά, όμως, τα μεγαλύτερα αστέρια ξεμένουν από καύσιμα. Μόλις συμβεί αυτό, η εξωτερική πίεση που δημιουργείται από την ακτινοβολία δεν είναι πλέον αρκετά ισχυρή για να αντισταθεί στη βαρύτητα. Το αστέρι αρχίζει να καταρρέει κάτω από το ίδιο του το βάρος, θεωρητικά συνεχίζοντας μέχρι να συμπιεστεί όλη η μάζα του σε ένα μόνο σημείο που είναι γνωστό ως ιδιομορφία.
Αν και οι μαύρες τρύπες είναι ευρέως αποδεκτές από τους φυσικούς, εξακολουθούν να εγείρουν βαθιά ερωτήματα. Πώς μπορεί μια μάζα ίση με δισεκατομμύρια ήλιους να συμπιεστεί σε ένα απειροελάχιστο σημείο; Πώς μπορεί ο χωροχρόνος να είναι άπειρα κυρτός σε μια μοναδικότητα;
Σε αυτό το ακραίο όριο, οι γνωστοί νόμοι της φυσικής παύουν να παρέχουν αξιόπιστες απαντήσεις. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να περιγράψουν με ακρίβεια τι συμβαίνει σε τέτοιες καταστάσεις. Οι μαύρες τρύπες παρουσιάζουν επίσης μια άλλη πρόκληση επειδή κρύβουν τα πάντα πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων τους. Οποιαδήποτε ύλη, ακτινοβολία ή πληροφορία που διασχίζει αυτό το όριο, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του φωτός, δεν μπορεί πλέον να παρατηρηθεί.
Εισαγωγή στα Gravastars και Dark Energy
Εξαιτίας αυτού του ανεπίλυτου ζητήματος, ορισμένοι ερευνητές έχουν διερευνήσει την πιθανότητα ότι τουλάχιστον μερικά από τα αντικείμενα που προσδιορίζονται ως μαύρες τρύπες μπορεί στην πραγματικότητα να είναι κάτι εντελώς άλλο. Μια προτεινόμενη εναλλακτική λύση είναι ένα πολύ συμπαγές αντικείμενο γνωστό ως gravaster.
Οι Gravaster θα είναι σχεδόν τόσο πυκνοί και ογκώδεις όσο οι μαύρες τρύπες, καθιστώντας τους εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν λόγω της ισχυρής βαρυτικής τους έλξης. Σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες, ωστόσο, δεν θα έχουν μια ιδιομορφία ή έναν ορίζοντα γεγονότων. Αντίθετα, κάτω από το εξωτερικό τους στρώμα της συνηθισμένης ύλης, θα γεμίσουν με σκοτεινή ενέργεια. Αυτή η μυστηριώδης μορφή ενέργειας δημιουργεί μια εξωτερική πίεση που αντιστέκεται στη βαρύτητα και αποτρέπει την ολική κατάρρευση.
Για πολλούς φυσικούς, τα Gravasters προσφέρουν μια ελκυστική εναλλακτική λύση επειδή αποφεύγουν ορισμένα από τα εννοιολογικά προβλήματα που σχετίζονται με τις μαύρες τρύπες. Ωστόσο, ένα σημαντικό ερώτημα έχει παραμείνει αναπάντητο εδώ και δεκαετίες: Πώς δημιουργήθηκαν στην πραγματικότητα οι gravasters;
Η νέα λύση προτείνει μια μορφή μίνι σύμπαντος
Οι θεωρητικοί φυσικοί Daniel Zampolski και ο καθηγητής Luciano Rezzolla έχουν τώρα προτείνει αυτό που περιγράφουν ως την πρώτη δυναμική λύση για τις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein, οι οποίες εξηγούν πώς ένα αστέρι που καταρρέει μπορεί να δημιουργήσει ένα gravaster.
Σύμφωνα με τη δουλειά τους, η κατάρρευση ενός τεράστιου αστεριού θα μπορούσε να γεννήσει ένα μίνι σύμπαν μέσα στο υλικό που κατέρρευσε. Αυτό το νεοσύστατο σύμπαν δεν θα είναι πολύ διαφορετικό από το Big Bang που γέννησε το δικό μας σύμπαν. Όπως το σύμπαν μας, η σκοτεινή ενέργεια θα οδηγήσει την επέκτασή του.
Καθώς το μικροσκοπικό σύμπαν διαστέλλεται, ωθεί προς τα έξω ενάντια στην εσωτερική έλξη της βαρύτητας. Αυτή η αντίθετη δύναμη μπορεί να σταματήσει την κατάρρευση πριν σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα. Το αποτέλεσμα είναι μια σταθερή ισορροπία μεταξύ του αστρικού υλικού που καταρρέει και του διαστελλόμενου εσωτερικού σύμπαντος. Αυτή η ισορροπία δημιουργεί μια βαριά.
Οι ερευνητές λένε ότι η λύση τους παρέχει την πρώτη εξήγηση για ένα ερώτημα που οι επιστήμονες έχουν συζητήσει εδώ και σχεδόν 25 χρόνια: πώς μπορούν να προκύψουν οι βαρυθρόνες από την κατάρρευση της συνηθισμένης ύλης.
Σπίτι για νέα φυσική
Ο Daniel Zampolski, ο οποίος ανέπτυξε τη λύση κατά τη διάρκεια της μεταπτυχιακής του διατριβής υπό την επίβλεψη του Luciano Rezzolla, εξήγησε: «Η Μεγάλη Έκρηξη του αναδυόμενου σύμπαντος θα μπορούσε να είχε ξεδιπλωθεί μόλις το αστέρι είχε ήδη καταρρεύσει σχεδόν στο σημείο να γίνει μαύρη τρύπα».
Η συμπεριφορά της ύλης που συμπιέζεται σε τέτοιες ασυνήθιστες πυκνότητες είναι ελάχιστα κατανοητή, ανοίγοντας την πιθανότητα νέων φυσικών φαινομένων. Όπως σημειώνει ο Zampolski: «Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς ότι το Big Bang συμβαίνει μόνο σε πολύ αργό στάδιο, όταν η ύλη έχει ήδη συμπιεστεί σε ακραίο βαθμό, δημιουργώντας έτσι νέα φαινόμενα».
Ο Rezolla, καθηγητής θεωρητικής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο Goethe, τονίζει ότι η εξερεύνηση εναλλακτικών δεν σημαίνει απόρριψη των μαύρων τρυπών. “Η αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων για τις μαύρες τρύπες δεν πρέπει να υποδηλώνει σκεπτικισμό για τις μαύρες τρύπες, οι οποίες εξακολουθούν να αντιπροσωπεύουν την πιο φυσική και απλή λύση για τη μοίρα της βαρυτικής κατάρρευσης. Ωστόσο, ως επιστήμονες γενικά και ως θεωρητικοί φυσικοί ειδικότερα, είναι απαραίτητο να διατηρήσουμε μια αμερόληπτη άποψη για όσα δεν γνωρίζουμε και επομένως αναλαμβάνουμε περισσότερο να εξερευνήσουμε την ιστορία της.