Расширяющаяся мини-вселенная могла бы уравновесить сжимающуюся материю звезды, тем самым создав стабильную гравизвезду. Фото: Даниэль Ямпольски и Лучано Реццолла, Франкфуртский университет имени Иоганна Вольфганга Гёте

Согласно новому исследованию, коллапс массивной звезды может привести к созданию крошечной расширяющейся Вселенной, а не черной дыры. Образовавшийся объект, называемый гравизвездой, не будет иметь сингулярности и горизонта событий, из-за которых черные дыры вызывают столько вопросов.

Массивные звезды вырабатывают свет и тепло в результате термоядерного синтеза в своих ядрах. Этот процесс создает направленное наружу давление, которое уравновешивает гравитационное притяжение. Но когда у очень массивной звезды заканчивается топливо, эта поддержка исчезает. Гравитация берет верх, и звезда сжимается до тех пор, пока не достигает состояния, которое физики называют сингулярностью, — точки, в которой материя сжата до предела.

Хотя черные дыры считаются конечным результатом этого коллапса, они порождают ряд глубоких вопросов. Как масса миллиардов Солнц может быть сжата до одной точки? Как пространство-время может бесконечно искривляться в сингулярности? На этом этапе известные законы физики перестают давать достоверные ответы, и предсказать, что произойдет дальше, становится невозможно. Кроме того, черные дыры скрывают все, что находится за их горизонтом событий, а это значит, что материя, энергия и даже свет перестают быть наблюдаемыми, как только пересекают эту границу.

Гравизвезды как альтернатива черным дырам

Из-за этих проблем некоторые ученые стали рассматривать возможность того, что черные дыры на самом деле могут быть объектами другого типа. Одна из предложенных альтернатив — гравизвезда, или гравитационно-вакуумная звезда. Эти гипотетические сверхкомпактные объекты практически невозможно увидеть из-за их мощной гравитации.

В отличие от черных дыр, внешние слои гравизвезд будут состоять из обычной материи, а внутренние — из темной энергии. Эта загадочная форма энергии будет создавать направленное наружу давление, препятствующее гравитационному коллапсу. В результате гравизвезды могут оставаться почти такими же массивными и компактными, как черные дыры, но при этом не иметь ни сингулярности, ни горизонта событий.

Хотя гравитационные звезды уже давно привлекают внимание как теоретическая возможность, один важный вопрос до сих пор остается без ответа: как они могут образовываться?

Уравнения Эйнштейна и мини-вселенная

Физики-теоретики Даниэль Ямпольски и профессор Лучано Резцолла разработали, по их словам, первое динамическое решение уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которое объясняет, как коллапсирующая звезда может превратиться в гравитационную звезду.

Согласно их работе, при коллапсе массивной звезды внутри сжимающейся материи может образоваться миниатюрная вселенная. По мнению исследователей, этот процесс будет напоминать Большой взрыв, в результате которого возникла наша Вселенная. Подобно тому, как темная энергия, как считается, способствует расширению нашей Вселенной, она будет способствовать росту этой вновь образованной мини-вселенной.

По мере расширения миниатюрная вселенная противостоит гравитационному коллапсу звезды. Эта противодействующая сила может остановить коллапс до того, как сформируется черная дыра. В конце концов между расширяющейся мини-вселенной и сжимающимся звездным материалом устанавливается баланс. Так возникает стабильная гравизвезда.

По мнению исследователей, это решение дает первое объяснение проблеме, над которой ученые бьются уже около 25 лет: как гравитационные звезды могут возникать в результате коллапса обычной материи.

Новые возможности в экстремальной физике

Даниэль Ямпольски, который нашел решение, когда работал над магистерской диссертацией под руководством Лучано Реццоллы, объясняет: «Большой взрыв зарождающейся Вселенной может произойти, когда звезда уже схлопнется почти до состояния черной дыры».

Поведение материи при таком экстремальном сжатии изучено недостаточно, поэтому нельзя исключать возможность возникновения новых физических эффектов. Как отмечает Ямпольски, «легче представить, что Большой взрыв происходит на очень поздней стадии, когда материя уже сжата до предела, что и приводит к возникновению новых эффектов».

Реццолла, профессор теоретической астрофизики в Университете Гёте, подчеркивает, что поиск альтернатив не означает отказа от идеи черных дыр. Он добавляет: «Поиск альтернатив черным дырам не должен означать скептического отношения к черным дырам, которые по-прежнему представляют собой наиболее естественное и простое объяснение гравитационного коллапса. Однако ученым в целом и физикам-теоретикам в частности важно сохранять непредвзятый подход к тому, чего мы не знаем, и поэтому изучать как общепринятые, так и более экзотические интерпретации». История учит нас, что второе нередко становится первым.