Nowe badania sugerują że „egzotyczne zdegenerowane gwiazdy” mogą wkrótce złamać fizykę

W głębi wszechświata mogą istnieć dziwaczne istoty podobne do czarnych dziur, które mają moc przedefiniowania fizyki, jaką znamy. Nowe badanie wylicza, że ​​w nadchodzących latach obserwatoria fal grawitacyjnych na Ziemi mogą znaleźć te hipotetyczne dziwactwa, które są znane jako gwiazdy zdegenerowane (compact star).

Amerykańskie Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i jego europejski odpowiednik Virgo zostały zbudowane w celu wychwytywania zmarszczek w strukturze czasoprzestrzeni promieniującej od masywnych obiektów, takich jak czarne dziury i gwiazdy neutronowe, zderzających się ze sobą. Jednak zawsze istnieje szansa, że ​​naukowcy napotkają coś nieoczekiwanego.

„Nie możemy być tak naiwni, by zakładać, że wiemy o wszystkim w kosmosie” – powiedział Luís Longo, doktorant fizyki na Universidade Federal do ABC w São Paulo w Brazylii.

Naukowcy od wielu lat spekulują na temat możliwości istnienia egzotycznych gwiazd zdegenerowane i próbują określić, jak wyglądałyby one dla detektora fal grawitacyjnych, dodał Longo.

Termin „egzotyczne gwiazdy zdegenerowane” obejmuje wiele różnych teoretycznych podmiotów. Wśród możliwości są grawastary, które wyglądałyby całkiem podobnie do zwykłej czarnej dziury, ale byłyby wypełnione ciemną energią, tajemniczą substancją powodującą przyspieszoną ekspansję wszechświata. Innym zwartym obiektem, który może czaić się we wszechświecie, jest fuzzball, przypominający czarną dziurę węzeł fundamentalnych jednowymiarowych strun, zaproponowany w teorii strun, w teorii która próbuje ujednolicić i zastąpić obecnie akceptowane teorie fizyczne.

Rzeczą, która łączy egzotyczne gwiazdy zdegenerowane, jest to, że w przeciwieństwie do czarnej dziury, powinny one nie mieć obszaru znanego jako horyzont zdarzeń, powiedział Longo. Zgodnie z teorią względności Alberta Einsteina horyzont zdarzeń to sfera otaczająca czarną dziurę, w której każda podróż staje się jednokierunkowa. Obiekty mogą wślizgiwać się w horyzont zdarzeń, ale nic nie może z niego wyjść – nawet światło.

Naukowcy wiedzą, że teoria względności Einsteina pewnego dnia będzie musiała zostać zastąpiona. Chociaż teoria ta jest niezwykle skuteczna w opisywaniu grawitacji i masywnych bytów kosmicznych, nie mówi nic o zachowaniu cząstek subatomowych. W tym celu fizycy zwracają się ku mechanice kwantowej.

Istnieje nadzieja, że ​​w końcu uda się wypracować teorię kwantowej grawitacji, która zastąpi zarówno teorię względności, jak i mechanikę kwantową. Egzotyczne gwiazdy zdegenerowane, które przypominałyby czarną dziurę, ale nie miałyby horyzontu zdarzeń, mogą pomóc w dostarczeniu informacji niezbędnych do rozpoczęcia konstruowania tej przyszłej teorii.

„Zerwą z ogólną teorią względności, ponieważ nie uwzględniają istnienia jednego z kluczowych przewidywań” – powiedział Longo, odnosząc się do horyzontu zdarzeń. „W tym sensie testowalibyśmy teorię grawitacji Einsteina”.

Gdy dwie czarne dziury zderzają się i łączą, wirują wokół siebie, zakrzywiając czasoprzestrzeń i wysyłając fale grawitacyjne, które mogą być odbierane przez detektory LIGO na Ziemi. Po ich spotkaniu horyzont zdarzeń zapobiega ucieczce dodatkowych fal na zewnątrz, powiedział Longo.

Dodał jednak, że ponieważ egzotyczne gwiazdy zdegenerowane nie miałyby horyzontu zdarzeń, niektóre fale grawitacyjne mogłyby skierować się do wewnątrz w kierunku środka obiektu, a następnie odbić się, tworząc echo grawitacyjne, które wychodziły by na zewnątrz. Echa te są zbyt słabe, aby LIGO i Virgo mogły je teraz wykryć, ale obiekty są obecnie modernizowane w celu zwiększenia czułości.

Longo i jego koledzy obliczyli, że podczas kolejnej obserwacji detektorów fal grawitacyjnych, która ma się rozpocząć latem 2022 r., LIGO i jego odpowiedniki mogą być wystarczająco czułe, aby odebrać sygnał z jednego lub dwóch egzotycznych gwiazd zdegenerowanych, jeśli takie istnieją. Longo przedstawi ustalenia swojego zespołu na kwietniowym spotkaniu American Physical Society 19 kwietnia.

„W tej chwili wygląda to jak science fiction” – powiedział Vitor Cardoso, fizyk z Instituto Superior Técnico w Lizbonie w Portugalii. „Ale szybko przechodzi się od science fiction do uznanej nauki”.

Cardoso byłby zachwycony, gdyby egzotyczne gwiazdy zdegenerowane okazały się czymś więcej niż tylko spekulacją. „Nienawidzimy widzieć tego, czego się spodziewamy” – powiedział Cardoso. „Nienawidzimy nudnej nauki”.

Jednak nawet jeśli LIGO wykryje echa, prawdopodobnie upłynie dużo czasu, zanim społeczność naukowa potwierdzi, że naprawdę potwierdzają istnienie tych hipotetycznych dziwaków – dodał.

Longo również byłby szczęśliwy, gdyby udało się odkryć jakieś dowody potwierdzające istnienie egzotycznych gwiazd zdegenerowanych. „To byłaby pierwsza wskazówka dotycząca załamania ogólnej teorii względności” – powiedział. „Byłby to ogromny przełom i byłoby to niezwykle ekscytujący”.

Źródło: Adam Mann

Abstract: S17.00008 : Can we “hear” echoes from Exotic Compact Objects?*

Zdjęcie: Mark Garlick/Science Photo Library via Getty Images

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x