Что если черные дыры… не существуют? Может быть, мы смотрим на гравастары?
Черные дыры — странные объекты. Предсказанные в результате общей теории относительности Эйнштейна, они содержат внешнюю область, известную как горизонт событий, из которой ничто, даже свет, не может выйти. Кроме того, предсказано, что в них есть бесконечно плотная точка, где наше понимание физики разрушается, и ничто не имеет смысла.
И это еще до того, как мы узнаем об информационном парадоксе черных дыр. Если у черной дыры есть масса (а ее у нее много), то, согласно первому закону термодинамики, она должна иметь температуру, а согласно второму закону термодинамики, она должна излучать тепло. Стивен Хокинг показал, что черные дыры должны испускать излучение — сейчас это называется излучением Хокинга — образующееся на границе черной дыры.
“Тогда Хокинг указал на парадокс. Если черная дыра может испариться, то часть информации, которую она содержит, теряется навсегда“, — объясняет французский астрофизик Жан-Пьер Люмине в обзоре 2016 года. “Информация, содержащаяся в тепловом излучении, испускаемом черной дырой, деградирует; она не повторяет информацию о материи, ранее поглощенной черной дырой. Безвозвратная потеря информации противоречит одному из основных постулатов квантовой механики. Согласно уравнению Шредингера, физические системы, изменяющиеся во времени, не могут создавать или уничтожать информацию — это свойство известно как унитарность“.
Короче говоря, мы, вероятно, что-то упускаем. Физики и математики пытались придумать идеи, позволяющие избавиться от этих проблем, и в итоге получили довольно странные результаты. Некоторые даже предположили, что Вселенная может быть голографической, а та Вселенная, которую мы знаем и любим, на самом деле является результатом взаимодействий на бесконечно удаленной границе. Мы говорили вам, что черные дыры — это странные объекты.
И все же мы наблюдали объекты, обладающие свойствами черных дыр, в том числе (но далеко не только) изображение черной дыры M87*. Но что, если они вообще не существуют?
Одна из идей заключается в том, что черные дыры на самом деле являются «гравастарами», что представляет собой сочетание слов «гравитация», «вакуум» и «звезды». Идея, впервые предложенная в 2002 году Павлом О. Мазуром и Эмилем Моттолой, заключается в том, что в какой-то момент во время коллапса большой звезды сильная гравитация преобразует ее материю в новое состояние, похожее на конденсат Бозе-Эйнштейна (BEC).
BEC возникает, когда атомы охлаждаются до таких низких энергетических состояний, что начинают действовать как единый «супер-атом». Команда предположила, что в гравастарах, когда звезда коллапсирует до точки горизонта событий, ее материя переходит в новое состояние, которое оказывает внешнее давление и предотвращает коллапс звезды в сингулярность, вызывающую сомнения в физике. В гравастарах это сильно деформированное (но привычное) пространство-время окружено ультратонкой, ультрахолодной, ультратемной и практически неразрушимой оболочкой.
“Поскольку эта новая форма материи очень прочная, но в то же время несколько гибкая, как пузырь, все, что попадет в ловушку ее сильной гравитации и врежется в нее, будет уничтожено, а затем ассимилировано в оболочке гравастара“, — сказал Моттола в заявлении, сделанном после выхода первой статьи о гравастарах.
Один из главных аргументов в пользу гравастаров — отказ от запутанных горизонтов событий и сингулярностей. Но хотя идея интересна, она также должна объяснить то, что мы наблюдаем, а мы, безусловно, наблюдали объекты, похожие на черные дыры.
“Эта тень вызвана не захватом света в горизонт событий, а несколько иным явлением, называемым “гравитационным красным смещением”, в результате которого свет теряет энергию, проходя через область с сильным гравитационным полем“, — рассказал Live Science Жуан Луис Роза, профессор физики из Гданьского университета в Польше и автор нового исследования гравастаров. “Когда свет, излучаемый из областей, близких к этим альтернативным объектам, достигает наших телескопов, большая часть его энергии теряется в гравитационном поле, что и приводит к появлению этой тени“.
Как и в случае с черными дырами, все становится запутанным, когда вы добавляете вращение, и есть (спорные) предположения, что гравастары не будут стабильными при вращении. Есть предположения, что внутренности гравастаров могут содержать ряд более толстых оболочек, известных как нестары.
Они не идеальны, и предстоит еще много работы по моделированию их работы. Также возможно, что существуют и черные дыры, и гравастары. Большая проблема заключается в том, что их трудно отличить друг от друга, хотя некоторые модели предполагают, что они должны испускать совершенно разное гравитационное излучение, что позволит нам знать, перед нами гравастары или традиционные черные дыры, и все связанные с ними головные боли.
Новое исследование Розы и его коллег опубликовано в журнале .