Ngôi sao như búp bê Matryoshka: Lý thuyết mới cho các gravastar

Đó là một khám phá được các nhà vật lý thiên văn ĐH Goethe Frankfurt ví như phát hiện ra một đồng xu vàng trên con đường từng được nhiều người khai phá trước đây.

Một trong những dự đoán quan trọng của thuyết tương đối rộng là ở điểm cuối cùng, hấp hẫn sẽ giành chiến thắng. Các ngôi sao sẽ đốt nhiên liệu hydrogen thành các nguyên tố mới để thắng hấp dẫn và có thể đối đầu với hấp dẫn trong một khoảng thời gian nhất định. Các electron và các neutron cố chống lại hấp dẫn nhưng sự bền bỉ của chúng trước lực hút đó đã đặt các giới hạn lên khối lượng của một ngôi sao lùn trắng hoặc ngôi sao neutron có thể có. Tất cả điều này có thể được giải quyết bằng việc tập hợp nhiều khối lượng hơn lại với nhau. Nếu gấp ba khối lượng mặt trời, cho hoặc nhận, hấp dẫn sẽ chế ngự mọi lực khác và suy sụp khối lượng thành một lỗ đen.

Đến nay, thế giới bên trong của các lỗ đen vẫn còn là một câu đố với khoa học. Vào năm 1916, nhà vật lý Đức Karl Schwarzschild vạch ra một lời giải cho các phương trình về tương đối rộng của Albert Einstein, trong đó trung tâm của một lỗ đen có một cái gọi là sự kỳ dị, một điểm mà tại đó không gian và thời gian không tồn tại. Tại đó, không thể áp dụng được lý thuyết tương đối rộng của Einstein và tất cả các lực vật lý; nguyên tắc của quan hệ nhân quả bị ngưng lại.

Điều này tạo thành một trở ngại vô cùng lớn cho khoa học – sau tất cả, đó là không có thông tin nào có thể thoát khỏi một lỗ đen, vượt ra ngoài cái gọi là đường chân trời. Nó có thể là một nguyên nhân giải thích tại sao lời giải của Schwarzschild không thu hút được nhiều chú ý bên ngoài thực tại lý thuyết – cho đến khi ứng cử viên đầu tiên của một lỗ đen được phát hiện vào năm 1971, tiếp theo là cuộc phát hiện một lỗ đen ở trung tâm của dải Ngân hà vào những năm 2000, và cuối cùng là hình ảnh đầu tiên về một lỗ đen, do Nhóm hợp tác Kính thiên văn chân trời sự kiện thực hiện vào năm 2019.

Vào năm 2001, Pawel Mazur và Emil Mottola đề xuất một lời giải khác cho các phương trình trường của Einstein dẫn đến các vật thể mà họ gọi là các ngôi sao đậm đặc hấp dẫn, hay các gravastar. Tương phản với các lỗ đen, các gravastars đều có nhiều thăng tiến từ tầm nhìn vật lý thiên văn lý thuyết.

Một mặt, chúng hầu như đặc sít như các lỗ đen và có một hấp dẫn tại bề mặt của chúng mà về cơ bản mạnh như hấp dẫn của một lỗ đen, do đó giống như một lỗ đen. Mặt khác, các gravastar không có một chân trời sự kiện, đường biên từ bên trong mà không thông tin vào có thể vượt qua, và lõi của nó không chứa một điểm kỳ dị.

Thay vào đó, trung tâm của một gravastar được tạo thành bởi một năng lượng (tối) ngoại lai, hành xử như một áp suất âm lên lực hấp dẫn khổng lồ nén ép ngôi sao này. Bề mặt của một gravastar là một lớp vật chất thông thường mỏng như một phiến wafer mà độ dày của nó tiến gần tới không.

Nhà vật lý lý thuyết Daniel Jampolski và giáo sư Luciano Rezzolla của ĐH Goethe Frankfurt mới đưa ra một lời giải cho các phương trình trường của tương đối rộng, trong đó miêu tả sự tồn tại của một gravastar bên trong một gravastar khác. Họ đã đề xuất một thiên thể giả thuyết mang tên “nestar” – từ ‘nested’ (làm tổ). Nghiên cứu này được xuất bản trên tạp chí Classical and Quantum Gravity ¹.

Daniel Jampolski, người khám phá ra lời giải như một phần của luận văn do Luciano Rezzolla hướng dẫn, nói, “Nestar này giống như một con búp bê matryoshka. Lời giải của chúng tôi cho các phương trình trường cho phép một loạt toàn bộ các gravastar có gravastar khác bên trong”. Trong khi Mazur và Mottola thừa nhận là gravastar có một lớp vỏ mỏng gần vô hạn bao gồm vật chất thông thường, lớp vỏ được tạo thành bởi vật chất của nestar là cái gì đó dày hơn: “Dễ dàng hơn để hình dung vật thể nào như vậy có thể tồn tại”.

Luciano Rezzolla, giáo sư vật lý thiên văn lý thuyết tại ĐH Goethe, giải thích, “Thật thú vị khi gần 100 năm sau Schwarzschild trình bày lời giải đầu tiên của mình cho các phương trình trường của Einstein từ thuyết tương đối tổng quát, vẫn có thể tìm thấy những lời giải mới. Điều này như là việc phát hiện thấy một đồng xu vàng trên con đường đã được nhiều người khai phá trước đây. Thật không may là chúng tôi vẫn chưa có ý tưởng về cách tạo thành một gravastar. Nhưng ngay cả trường hợp các ngôi sao nestar không hề tồn tại thì việc khám phá các đặc trưng toán học của những lời giải đó cuối cùng cũng giúp chúng ra hiểu tốt hơn về các lỗ đen”.

Vũ Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-02-star-matryoshka-doll-theory-gravastars.html

Gravastars are an Alternative Theory to Black Holes. Here's What They'd Look Like

—————————————-

1.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ad2317