Нове рішення теорії відносності Ейнштейна: у космосі є зірки, схожі на чорні діри

Нове рішення рівнянь, які лежать в основі теорії відносності Ейнштейна, передбачає, що гіпотетичні гравітаційні зірки, схожі на чорні діри, можуть бути присутніми у Всесвіті, і водночас вони складені одна в одну. Цю гіпотезу представили вчені в журналі Classical and Quantum Gravity, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Одне з важливих досягнень теорії відносності Ейнштейна полягає в тому, що рівняння, які лежать в її основі, передбачили існування неймовірних космічних об'єктів і явищ. Завдяки цій теорії вчені дізналися про існування чорних дір і гравітаційних хвиль, які були підтверджені пізнішими спостереженнями. Поки що астрофізики не виявили передбачених Ейнштейном білих дір, які є антиподом чорних дір і червоточин або кротячих нір, за допомогою яких можна швидко переміщатися в космосі. Можливо, вони будуть виявлені в майбутньому.

Гравітаційні зірки

Але ще 2001 року на основі теорії відносності Ейнштейна виникла ідея про існування в космосі гравітаційних зірок, компактних об'єктів, ядро яких складається з темної енергії. Остання, як зараз прийнято вважати, відповідає за прискорене розширення Всесвіту. Учені припустили, що в гравітаційних зірках темна енергія чинитиме негативний тиск і захистить такі зірки від їхніх внутрішніх гравітаційних сил.

Тепер з'явилося нове рішення рівнянь гравітаційного поля в теорії відносності Ейнштейна, яке припускає, що гравітаційні зірки існують у вигляді складених один в одного об'єктів.

За словами вчених, гравітаційні зірки схожі на чорні діри, але не повністю. Але для початку потрібно згадати про те, що після появи теорії відносності перше рішення рівнянь гравітаційного поля створив німецький фізик Карл Шварцшильд.

Радіус Шварцшильда

У рішенні Шварцшильда були дві особливості, які й призвели до створення концепції чорної діри. Науковець передбачив, що на певній відстані від тіла, яке має масу, швидкість, необхідна для того, щоб покинути це тіло, має перевищити швидкість світла.

Для більшості тіл цей радіус Шварцшильда розташований глибоко під поверхнею. Наприклад, у Сонця він розташований на відстані 3 км від ядра, хоча радіус нашої зірки становить приблизно 700 тисяч км. Якби Сонце могло стиснутися і його радіус став меншим за радіус Шварцшильда, то з'явилося б тіло із зовнішньою межею, іфз якої не могло б вийти навіть світло. Отже, це рішення призвело до появи поняття горизонт подій чорної діри.

Рішення Шварцшильда також передбачало, що може існувати точка, у якій матерія настільки щільна, що навіть рівняння теорії відносності тут не повинні працювати. Пізніше ця точка стала відома як центральна сингулярність чорної діри, де чинні закони фізики дійсно не працюють.

Ці передбачення, зроблені на початку 20 століття, були перевірені 1971 року, коли астрономи виявили першу чорну діру. Потім на початку 21 століття вчені з'ясували, що в центрі Чумацького Шляху розташована надмасивна чорна діра, маса якої в 4,5 млн разів більша за масу Сонця. Ну а візуальну форму чорних дір, передбачену теорією відносності, вдалося підтвердити 2019 року, коли було отримано перший знімок чорної діри.

Схожі на чорні діри зірки

Гравітаційні зірки були запропоновані як альтернатива чорним дірам. Фізики-теоретики вважають, що ці об'єкти мають низку переваг перед чорними дірами. Вони майже такі ж компактні та мають найсильнішу гравітацію, як і чорні діри. Але гравітаційні зірки не мають горизонту подій, а отже, світло з них може вийти. І замість точки сингулярності в центрі такі зірки мають ядро з темної енергії.

Згідно з гіпотезою, гравітаційні зірки мають майже нескінченно тонку оболонку зі звичайної матерії, яку вченим було важко пояснити. Але нова гіпотеза передбачає, що складання гравітаційних зірок одна в одну призведе до дещо товстішої оболонки зі звичайної матерії.

Але той факт, що рівняння гравітаційного поля теорії відносності допускають існування певного об'єкта в космосі, не означає, що цей об'єкт дійсно існує.

Автори нового дослідження кажуть, що поки вони не можуть сказати, який механізм міг би створити подібні гравітаційні зірки. Але навіть якщо їх не існує, нові рішення рівнянь Ейнштейна допоможуть краще зрозуміти властивості чорних дір.

Як уже писав Фокус, космічний телескоп Вебба виявив відповідь на питання про те, як з'явився Чумацький Шлях на зорі Всесвіту.