حل تم تطويره حديثًا للمعادلات الموجودة في قلب البرت اينشتاينتشير النظرية الأكثر ثورية إلى أن النجوم الافتراضية التي تسمى “nestars” يمكن أن تكون مصنوعة من نجوم الجاذبية المكدسة، أو “gravastars”، مثل دمى الشاي الروسية، المعروفة أيضًا باسم دمى ماتريوشكا.
أحد الأشياء الأكثر إثارة للإعجاب في نظرية أينشتاين للجاذبية لعام 1915، النسبية العامة، هو عدد الأجسام الكونية المذهلة التي تنبأت بها معادلاتها المركزية.
بالإضافة إلى التنبؤ بأن الجاذبية تنشأ من أجسام ذات كتلة تقوس نسيج الزمكان، فقد أنتجت النسبية العامة نظريات عن الثقوب السوداء والتموجات التي تخلقها في هذا النسيج الذي يسمى موجات الجاذبية. وقد تأكد وجود هذين الأمرين من خلال الملاحظة؛ ومع ذلك، فإن الثقوب السوداء المضادة التي تسمى الثقوب البيضاء، و”الثقوب الدودية” التي من المحتمل أن تربطها بالثقوب السوداء، هي أفكار أخرى قائمة على النسبية العامة والتي ظلت نظرية بحتة. الوقت وحده هو الذي سيحدد ما إذا كان من الممكن اعتبار أينشتاين على حق مرة أخرى على هذه الجبهة.
ولتحقيق هذه الغاية، ظهرت فكرة نظرية أخرى من النسبية العامة في عام 2001 وهي مفهوم “النجوم الجرافاتية”، أو الأجسام المدمجة ذات مراكز الطاقة المظلمة. الطاقة المظلمة هي القوة التي يبدو أنها تسرع توسع الكون. في نجوم جرافاستار، يعتقد العلماء أن الطاقة المظلمة ستمارس ضغطًا سلبيًا لحماية النجوم من قوى الجاذبية الداخلية الخاصة بها.
والآن، يقترح حل جديد للنسبية العامة جانبًا آخر مثيرًا للاهتمام لما يسمى بنجوم جرافاستار. يمكن تكديسها، واحدة داخل الأخرى، لإنشاء سلسلة من “الأعشاش”.
متعلق ب: المستعر الأعظم “الحلقة المفقودة” يربط بين موت النجم وولادة ثقب أسود أو نجم نيوتروني
وقال دانييل جامبولسكي، أحد مطوري الحلول، وهو عالم الفيزياء النظرية بجامعة جوته، في بيان: “إن النجم يشبه دمية ماتريوشكا؛ إن حلنا لمعادلات المجال يسمح بسلسلة كاملة من نجوم Gravastars المتداخلة”.
تعرف على نجوم Gravastars مثل الثقوب السوداء ولكنها مختلفة
بعد عام واحد فقط من نشر نظرية النسبية العامة للمجتمع العلمي الأوسع، وأثناء خدمته على الخطوط الأمامية في الحرب العالمية الأولى، طور الفيزيائي الألماني كارل شوارزشيلد الحل الأول لمعادلات المجال، مما أذهل حتى أينشتاين الذي كان يعتقد أن الحل سيستغرق سنوات لتطوير.
ضمن حل شوارزشيلد كانت هناك ميزتان أدتا في النهاية إلى ولادة مفهوم الثقب الأسود. توقع الفيزيائي الألماني أنه عند نصف قطر معين من جسم له كتلة، فإن السرعة اللازمة للهروب من هذا الجسم يجب أن تزيد إلى أكثر من سرعة الضوء.
بالنسبة لمعظم الأجسام، يكون نصف قطر شفارتزشيلد هذا عميقًا تحت سطحها؛ بالنسبة للشمس، على سبيل المثال، فإنها تقع على بعد 1.9 ميل (3 كيلومترات) من قلب نجمنا، الذي يبلغ نصف قطره الإجمالي 434000 ميل (700000 كيلومتر). ولكن، إذا كان من الممكن أن ينهار نجم ويتقلص نصف قطره إلى ما دون نصف قطر شوارزشيلد، فسيؤدي ذلك إلى جسم ذو كتلة الخارجي الحدود التي لا يمكن حتى للضوء الهروب منها. أدى هذا إلى ظهور مفهوم أفق الحدث للثقب الأسود.
والأمر الأكثر إثارة للفضول هو أن حل شوارزشيلد يشير إلى إمكانية وجود نقطة تكون فيها المادة كثيفة جدًا لدرجة أنه حتى معادلات النسبية العامة نفسها يجب أن تنهار. أصبح هذا معروفًا باسم التفرد المركزي للثقب الأسود، حيث لم تعد جميع النظريات الفيزيائية المعروفة لها أي معنى.
تم التحقق من هذه المفاهيم في عام 1971 عندما اكتشفت البشرية أول ثقب أسود، وتلاها في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين اكتشاف أن مصدرًا راديويًا قويًا في قلب مجرة درب التبانة هو بالفعل ثقب أسود هائل كتلته 4.5 مليون مرة كتلة الشمس. هذا الفراغ الهائل في مجرتنا يسمى القوس A* (Sgr A*).
تم أيضًا تأكيد الشكل المرئي للثقوب السوداء، كما رسمته النسبية العامة، بشكل لا يصدق في عام 2019 عندما تم الكشف عن صورة حلقة متوهجة من المواد حول الثقب الأسود الهائل في قلب المجرة ميسييه 87 للجمهور من خلال أفق الحدث. تعاون التلسكوب.
تم وضع نظرية Gravastars، أو “النجوم المكثفة الجاذبية”، من قبل باول مازور وإميل موتولا في عام 2001 كبديل للثقوب السوداء.
من وجهة نظر علماء الفيزياء النظرية، تتمتع نجوم جرافاستارز بالعديد من المزايا مقارنة بالثقوب السوداء. وهي تقريبًا مضغوطة مثل الثقوب السوداء ولها تأثير جاذبية على سطحها قوي مثل تأثير الثقب الأسود، وبالتالي تحمل تشابهًا قويًا. ولكن هناك اختلافات رئيسية. على سبيل المثال، لا تمتلك نجوم Gravastars آفاق حدث، وبالتالي لا تغلق الضوء، وبالتالي المعلومات، خلف “شاشة” ذات اتجاه واحد. ثانيًا، لن يكون هناك تفرد في قلوب نجوم الجرافاستار، والتي يُعتقد أنها تحتوي على قلوب من الطاقة المظلمة.
تتضمن هذه الوصفة الخاصة بنجوم الجرافاستا التي أعدها مازور وموتولا جلدًا رقيقًا شبه لا نهائي من المادة العادية التي يصعب على العلماء تفسيرها. يتخلص Nestars من هذا، مما يشير إلى أن الجزء “التراص” سيؤدي إلى غلاف أكثر سمكًا من المادة إلى حد ما.
وقال جامبولسكي: “من الأسهل قليلاً أن نتخيل إمكانية وجود شيء كهذا”.
قصص ذات الصلة:
– هل جاءت الثقوب السوداء الضخمة أم المجرات أولاً؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة مفاجئة
– سوبر بول الكونية؟ يقوم الثقب الأسود في درب التبانة بتشكيل الزمكان على شكل كرة قدم
– جسم غامض جديد يمكن أن يكون أخف ثقب أسود على الإطلاق
ومع ذلك، بالطبع، لمجرد أن معادلات مجال النسبية العامة تسمح بوجود كائن ما في الكون، فهذا لا يعني أن الجسم يجب أن يكون موجودًا.
وقال لوتشيانو ريزولا، المطور المشارك لنظرية نيستار وعالم الفيزياء النظرية بجامعة جوته، في البيان: “لسوء الحظ، مازلنا لا نملك أي فكرة عن كيفية إنشاء مثل هذا النجم”. “ولكن حتى لو لم تكن النجوم موجودة، فإن استكشاف الخصائص الرياضية لهذه الحلول يساعدنا في النهاية على فهم الثقوب السوداء بشكل أفضل.”
إن مثل هذه الأبحاث مفيدة أيضًا، حتى لو لم تنجح النظرية الأولية، لأنها تظهر طرقًا رائعة ولدت من نظرية تم النظر فيها لأول مرة منذ أكثر من قرن من الزمان.
واختتم ريزولا حديثه قائلاً: “إنه لأمر رائع أنه حتى بعد مرور 100 عام على تقديم شوارزشيلد حله الأول لمعادلات أينشتاين الميدانية من النظرية النسبية العامة، لا يزال من الممكن إيجاد حلول جديدة”. “إنه يشبه إلى حد ما العثور على عملة ذهبية على طول المسار الذي اكتشفه كثيرون آخرون من قبل.”
تم نشر هذا البحث في 15 فبراير في مجلة الجاذبية الكلاسيكية والكمية.