Коллапс массивной звезды может при особых условиях привести не к черной дыре, а к образованию сверхкомпактной гравизвезды. Такой сценарий описали физики Даниэль Ямпольски и Лучано Реццолла из Университета Гете во Франкфурте. Работа опубликована в журнале Physical Review D, препринт исследования доступен на arXiv.
Обычно считается, что очень массивная звезда после выгорания ядерного топлива теряет внутреннее давление, которое удерживало ее от сжатия. Под действием собственной гравитации она коллапсирует. В классическом сценарии итогом становится черная дыра с горизонтом событий и сингулярностью — точкой, где плотность и кривизна пространства-времени стремятся к бесконечности.
Гравизвезда — это гипотетическая альтернатива черной дыре. Снаружи она могла бы выглядеть почти так же: очень массивной, компактной и почти невидимой. Но внутри у нее нет сингулярности и горизонта событий. Вместо этого такая звезда содержит область с темной энергией. Она создает давление наружу и не дает веществу сжаться до бесконечно малой точки.
Главная проблема этой идеи долгое время состояла в другом: было непонятно, как такая гравизвезда вообще может образоваться из обычной материи. Ямпольски и Реццолла предложили динамическое решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Они рассмотрели коллапс однородной пылевой сферы, близкий к классической модели Оппенгеймера — Снайдера.
По расчетам авторов, в центре сжимающейся звезды может зародиться область де Ситтера — пространство, расширение которого поддерживает энергия вакуума, или темная энергия. В пресс-релизе Университета Гете этот процесс сравнили с «Большим взрывом внутри звезды»: внутри коллапсирующего объекта появляется мини-вселенная, которая начинает расширяться.
Это расширение действует против гравитационного сжатия внешнего вещества. В какой-то момент две тенденции уравновешиваются: материя продолжает стремиться внутрь, а внутренняя область с темной энергией давит наружу. Так возникает стабильная гравизвезда.
Авторы подчеркивают, что речь идет не о доказательстве существования таких объектов, а о математически согласованном сценарии их рождения в рамках общей теории относительности. В препринте также указано важное ограничение: если начальная компактность коллапсирующей звезды превышает 3/8, образование гравизвезды в этой модели уже невозможно, и коллапс неизбежно ведет к черной дыре.
Ямпольски отметил, что «Большой взрыв» новой внутренней области может начаться очень поздно — когда звезда уже почти дошла до состояния черной дыры. Именно на такой стадии вещество сжато экстремально сильно, и там могут проявиться новые физические эффекты.
Реццолла добавил, что поиск альтернатив черным дырам не означает скепсиса по отношению к ним. По его словам, черные дыры остаются самым естественным и простым итогом гравитационного коллапса, но физики должны проверять и более экзотические варианты, потому что история науки знает случаи, когда такие идеи позже становились частью общепринятой картины.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review D. Название работы — On the formation of gravastars. Метод исследования — теоретическое моделирование на основе уравнений общей теории относительности. Авторы — Даниэль Ямпольски и Лучано Реццолла, Университет Гете во Франкфурте. DOI в предоставленном сообщении не указан.