Un nou studiu sugerează că găurile negre s-ar putea să nu fie entitățile lipsite de trăsături, fără structură, pe care le are Einstein teoria generală a relativității le prezice să fie. În schimb, monștrii cosmici ar putea fi obiecte cuantice bizare cunoscute sub numele de „stele înghețate”.
În timp ce acestea ar împărtăși unele asemănări cu gauri negrecorpurile cerești ipotetice diferă în moduri cruciale care ar putea rezolva infamul paradox al radiațiilor Hawking (numit după regretatul fizician Stephen Hawking, care a propus fenomenul). Acest paradox apare deoarece radiația teoretică emisă de orizontul de evenimente al unei găuri negre aparent nu conține informații despre materia care a format gaura neagră, ceea ce contrazice un principiu fundamental al mecanica cuantică afirmând că informațiile nu pot fi distruse.
În plus, spre deosebire de găurile negre convenționale, nu se așteaptă ca stelele înghețate să adăpostească o singularitate – un punct de densitate infinită în centrele lor – care rezolvă o altă contradicție între imaginea clasică a găurilor negre și regula generală în fizică care infinitate nu pot exista în natură. Când infiniturile apar într-o teorie, de obicei semnalează limitările teoriei.
„Stelele înghețate sunt un tip de imitatoare de găuri negre: obiecte ultracompacte, astrofizice, care nu au singularități, nu au orizont, dar pot imita toate proprietățile observabile ale găurilor negre.” Ramy Brusteinprofesor de fizică la Universitatea Ben-Gurion din Israel, a declarat Live Science într-un e-mail. „Dacă există cu adevărat, ele ar indica necesitatea de a modifica într-un mod semnificativ și fundamental teoria relativității generale a lui Einstein”.
Brustein este autorul principal al unui studiu care descrie teoria stelelor înghețate, publicat în iulie în jurnal Revizuirea fizică D.
Rezolvarea paradoxului
Modelul clasic al unei găuri negre, descris pentru prima dată de Karl Schwarzschild în 1916, prezintă găurile negre ca având două caracteristici cheie: o singularitate în care toată masa este concentrată și un orizont de evenimente, o limită din care nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa. .
Cu toate acestea, acest model întâmpină o problemă serioasă atunci când este introdusă mecanica cuantică. În anii 1970, Stephen Hawking a descoperit că efectele cuantice din apropierea orizontului de evenimente ar trebui să conducă la crearea de particule din vidul spațiului, un proces cunoscut sub numele de radiație Hawking. Această radiație ar face ca gaura neagră să piardă treptat din masă și în cele din urmă se evaporă complet.
Paradoxul apare deoarece această radiație pare să nu poarte informații despre materia care a format inițial gaura neagră. Dacă gaura neagră se evaporă complet, această informație pare să se piardă pentru totdeauna, încălcând principiile mecanicii cuantice, care dictează că informația trebuie conservată. Această contradicție este cunoscută sub numele de paradoxul pierderii de informații și a fost una dintre cele mai semnificative provocări ale fizicii teoretice.
În noul lor studiu, Brustein și coautorii săi AJM Medved al Universității din Rhodos și Tamar Simhon de la Universitatea Ben-Gurion a efectuat o analiză teoretică detaliată a modelului stelelor înghețate și a constatat că rezolvă paradoxurile modelului tradițional deoarece îi lipsește atât un orizont, cât și o singularitate.
Autorii au descoperit că, dacă găurile negre sunt de fapt obiecte foarte compacte compuse din materie ultra rigidă ale cărei proprietăți sunt inspirate de teoria corzilor, principalul candidat pentru teoria gravitația cuanticăele nu se prăbușesc în puncte infinit de dense și au o dimensiune puțin mai mare decât orizontul de evenimente convențional, împiedicând formarea acestuia din urmă.
„Am arătat cum stelele înghețate se comportă ca absorbanți (aproape) perfecti, deși nu au un orizont și acționează ca o sursă de unde gravitaționale“, a spus Brustein, observând că aceste obiecte pot absorbi aproape tot ceea ce cade peste ele, la fel ca găurile negre. „Mai mult, ele provin din aceeași geometrie externă ca cea a unui model convențional de găuri negre și reproduc proprietățile lor termodinamice convenționale”.
Testarea ipotezei stelei înghețate
În timp ce modelul de stele înghețate prezintă o potențială soluție la paradoxurile asociate găurilor negre tradiționale, oamenii de știință trebuie încă să-l testeze experimental.
Dar, spre deosebire de găurile negre convenționale, se așteaptă ca stelele înghețate să aibă o structură internă, deși una cu proprietăți bizare dictate de gravitația cuantică. Acest lucru deschide calea discriminării observaționale între cele două. Dovezile ar putea fi prezente în undele gravitaționale – ondulații în țesătura spațiu-timp – generate în timpul fuziuni ale găurilor negre.
„Acesta este momentul în care distincțiile ar fi cele mai pronunțate”, a explicat Brustein.
Echipa trebuie încă să stabilească exact cum ar arăta structura internă a unei stele înghețate și cum ar fi diferită de alte obiecte cosmice extreme, cum ar fi stelele neutronice, dar este realizabil, a spus Brustein. De acolo, ei ar putea analiza datele de la observatoarele de unde gravitaționale existente și viitoare, deoarece undele gravitaționale emise în timpul fuziunilor sunt extrem de puternice și pot transporta informații despre structura acestor obiecte ultracompacte.
„O descoperire a oricăreia dintre predicțiile modelului stelei înghețate va avea un impact revoluționar”, a spus Brustein.