Det inre av svarta hål är fortfarande ett gåta för vetenskapen. 1916 skisserade den tyske fysikern Karl Schwarzschild en lösning på Albert Einsteins ekvationer av allmänna relativitetsteori, där mitten av ett svart hål består av en så kallad singularitet, en punkt där rum och tid inte längre existerar. Här, säger teorin, gäller inte längre alla fysiska lagar, inklusive Einsteins allmänna relativitetsteori; kausalitetsprincipen upphävs.
Detta utgör en stor olägenhet för vetenskapen – trots allt betyder det att ingen information kan fly från ett svart hål bortom den så kallade händelsehorisonten. Detta kan vara en anledning till att Schwarzschilds lösning inte väckte mycket uppmärksamhet utanför det teoretiska området – det vill säga tills den första kandidaten för ett svart hål upptäcktes 1971, följt av upptäckten av det svarta hålet i mitten av vår Vintergatan i 2000-talet, och slutligen den första bilden av ett svart hål, fångad av Event Horizon Telescope Collaboration 2019.
2001 föreslog Pawel Mazur och Emil Mottola en annan lösning på Einsteins fältekvationer som ledde till objekt som de kallade gravitationskondensatstjärnor eller gravastjärnor. I motsats till svarta hål har gravastjärnor flera fördelar ur ett teoretiskt astrofysiskt perspektiv.
Å ena sidan är de nästan lika kompakta som svarta hål och uppvisar också en gravitation på sin yta som är väsentligen lika stark som den hos ett svart hål, och liknar därför ett svart hål för alla praktiska ändamål. Å andra sidan har gravastjärnor ingen händelsehorisont, det vill säga en gräns inom vilken ingen information kan skickas ut, och deras kärna innehåller inte en singularitet.
Istället är mitten av en gravastar uppbyggd av en exotisk (mörk) energi som utövar ett negativt tryck på den enorma gravitationskraften som komprimerar stjärnan. Ytan på en gravastar representeras av ett oblattunt skinn av vanlig materia, vars tjocklek närmar sig noll.
Teoretiska fysiker Daniel Jampolski och professor Luciano Rezzolla vid Goethe-universitetet i Frankfurt har nu presenterat en lösning på fältekvationerna för allmän relativitet som beskriver förekomsten av en gravastar inuti en annan gravastar. De har gett detta hypotetiska himlaobjekt namnet "nestar" (från engelskan "nested"). Studien publiceras i Classical and Quantum Gravity .
Daniel Jampolski, som upptäckte lösningen som en del av sin kandidatuppsats under handledning av Luciano Rezzolla, säger:"Nestaren är som en matryoshka-docka. Vår lösning på fältekvationerna tillåter en hel serie av kapslade gravastars." Medan Mazur och Mottola hävdar att gravastarn har en nästan oändlig tunn hud som består av normal materia, är nestarens materiakomponerade skal något tjockare:"Det är lite lättare att föreställa sig att något sådant här skulle kunna existera."
Luciano Rezzolla, professor i teoretisk astrofysik vid Goethe-universitetet, förklarar:"Det är fantastiskt att även 100 år efter att Schwarzschild presenterade sin första lösning på Einsteins fältekvationer från den allmänna relativitetsteorin, är det fortfarande möjligt att hitta nya lösningar. Det är lite som att hitta ett guldmynt längs en väg som har utforskats av många andra tidigare. Tyvärr har vi fortfarande ingen aning om hur en sådan gravastar skulle kunna skapas, men även om nestars inte existerar, hjälper det oss i slutändan att utforska de matematiska egenskaperna. bättre förstå svarta hål."
Mer information: Daniel Jampolski et al, Nested solutions of gravitational condensate stars, Classical and Quantum Gravity (2024). DOI:10.1088/1361-6382/ad2317
Tillhandahålls av Goethe University Frankfurt am Main
