הפיזיקאי מציע אלטרנטיבה לחורים שחורים

פיזיקאי שילב רעיון מכני קוונטי עם תורת היחסות הכללית כדי להגיע לחלופה חדשה לייחודיות של חור שחור.

רישום של אמן את Cygnus X-1, חור שחור שפולט רנטגן שהתגבש כשכוכב גדול התקרב פנימה. (אנו רואים את צילומי הרנטגן שלו עכשיו כשהוא ניזון מהבן לוויה הכוכב שלה.) אבל הם חורים שחורים שהלא נמנע מהם הבא. צעד אחרי כוכבי נויטרונים?
NASA / CXC / M.Wiss

מה אתה מקבל כשאתה חוצה שתי אלטרנטיבות היפותטיות לחורים שחורים? כוכב רלטיביסטי חצי-קלאסי עצמאי, על פי Ra l Carballo-Rubio (בית הספר הבינלאומי ללימודים מתקדמים, טריאסטה, איטליה) שתוצאותיו שפורסמו לאחרונה במכתבי הביקורת הגופנית ב- 6 בפברואר מתארים מודל מתמטי חדש לגורלם של כוכבים מאסיביים .

כשכוכב מאסיבי מגיע לסוף חייו, הוא הולך לסופרנובה, ומשאיר אחריו גרעין צפוף שלפי המחשבה המקובלת ממשיך לקרוס לכדי ליצור כוכב נויטרונים או חור שחור. לאיזה גורל מיועד כוכב מסוים יורד המסה שלו. כוכבי הניוטרון מוצאים איזון בין הכוח הדוחה של לחץ הניוון המכני הקוונטי לבין כוח הכובד האטרקטיבי, בעוד גרעינים מאסיביים יותר קורסים לחורים שחורים, ואינם מסוגלים להילחם במשיכה המכריע של כוח הכובד שלהם.

כוח משיכה דוחה

כעת, קרבולו-רוביו מוסיף כוח נוסף לתערובת: תנודות קוונטיות. מכניקת הקוונטים הראתה כי חלקיקים וירטואליים צצים באופן ספונטני אל תוך קיומם ומחוצה לו. ניתן למדוד את ההשפעות בצורה הטובה ביותר בוואקום, אך תנודות אלה יכולות להתרחש בכל מקום בחלל. ניתן לחשוב על חלקיקים אלה כתנודות של אנרגיה חיובית ושלילית שבתנאים רגילים היו מבטלים החוצה. אך כוח המשיכה הקיצוני של חפצים קומפקטיים שובר איזון זה, ובאופן יעיל מייצר אנרגיה שלילית. אנרגיה שלילית זו יוצרת כוח כבידה דוחה.

קיומם של תנודות קוונטיות כתוצאה משדות כבידה ידוע מאז סוף שנות השבעים, ”מסביר קרבולו-רוביו. אך פיזיקאים לא ידעו כיצד לקחת בחשבון את האפקט הזה בכוכבים קורסים.

משוואות קרלו-רוביו נגזרו שמשלבות תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים באופן שמסביר לתנודות קוונטיות. יתרה מזאת, הוא מצא פתרונות המאזנים כוח משיכה מושך ושלילי עבור המונים מהממים שאחרים היו מייצרים חורים שחורים. דיבובם "כוכבים כוכביים רלטיביסטיים למחצה", עצמים קומפקטיים אלה אינם קורסים במלואם תחת משקלם כדי ליצור אופק אירועים, ולכן אינם חורים שחורים.

כוכב היברידי

רישום האמן של כוכב נויטרונים.
קייסי ריד / אוניברסיטת פן סטייט

מעניין לציין כי הכוכבים הרלטיביסטיים- למחצה של קרבולו -רוביו נושאים סימני היכר של חלופות חור שחור שהוצעו בעבר: גרסטסטרים וכוכבים שחורים .

קברים וכוכבים שחורים מורכבים גם מחומר רגיל ותנודות קוונטיות. אך כאשר הגהו רעיונות אלו לראשונה, משוואות הכוללות תנודות קוונטיות טרם היו ידועות, ולכן כוכבי התיאורטיקנים של קרבולו-רוביו, לעומת זאת, יוצאים באופן טבעי מתוך מערכת משוואות עקבית המבוססת על פיזיקה ידועה.

קברים וכוכבים שחורים מובנים בצורה שונה: בגרעין הכבידה, תנודות קוונטיות גדולות דוחפות חומר רגיל כלפי חוץ ליצירת מעטפת דקה במיוחד על פני השטח. לעומת זאת, כוכבים שחורים מאזנים בין החומר לתנודות הקוונטיות לאורך המבנה שלהם.

הכוכבים של קרבולו-רוביו הם כמו הכלאה של שני הרעיונות הקודמים. "מצד אחד, גם החומר וגם הקוונטים [תנודות] קיימים בכל המבנה, כמו בדגם הכוכב השחור", הוא אומר. "מצד שני, הכוכב מציג שני אלמנטים מובחנים, כלומר גרעין ומעטפת דקה במיוחד, כמו בדגם הגרווסטאר."

שאלת היציבות

האם הכוכבים ההיברידיים הללו קיימים בעולם האמיתי זה עניין של ויכוח. הפתרונות של קרבולו-רוביו אינם משלבים זמן, כך שלא ברור אם כוכב כזה יישאר יציב או מורף במהירות למשהו אחר. . . כמו חור שחור.

"ניתן למצוא פתרונות שיווי משקל לעט העומד בקצהו", מעיר האסטרופיזיקאי הרלטיביסטי לוציאנו רזולה (המכון לפיזיקה תיאורטית, גרמניה). "פיתרון כזה ברור שאינו יציב בהפרעות קטנות."

עם זאת, אם קרballo-Rubio יכול להראות שהכוכבים הרלטיביסטיים-למחצה שלהם אכן יציבים דינאמיים - עליהם הוא יתחיל לעבוד הלאה - על הדור הבא של מצפי הכוכבים על גל הכבידה להציע את רמת הדיוק הנחוצה בעשורים הבאים כדי להבדיל בין גופים קומפקטיים לא שגרתיים לבין חורים שחורים, העשויים לספק ראיות התומכות בקיומו של כוכב מסוג זה חדש.