Het interieur van zwarte gaten blijft een raadsel voor de wetenschap. In 1916 schetste de Duitse natuurkundige Karl Schwarzschild een oplossing voor de algemene relativiteitsvergelijkingen van Albert Einstein, waarin het centrum van een zwart gat bestaat uit een zogenaamde singulariteit, een punt waarop ruimte en tijd niet langer bestaan. Hier, zo luidt de theorie, zijn alle natuurkundige wetten, inclusief Einsteins algemene relativiteitstheorie, niet langer van toepassing; het causaliteitsbeginsel wordt opgeschort.

Dit is een grote overlast voor de wetenschap; het betekent immers dat geen enkele informatie kan ontsnappen uit een zwart gat voorbij de zogenaamde waarnemingshorizon. Dit zou een reden kunnen zijn waarom de oplossing van Schwarzschild niet veel aandacht trok buiten het theoretische domein – dat wil zeggen, totdat de eerste kandidaat voor een zwart gat werd ontdekt in 1971, gevolgd door de ontdekking van het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg in 1971. de jaren 2000, en tenslotte de eerste afbeelding van een zwart gat, vastgelegd door de Event Horizon Telescope Collaboration in 2019.

In 2001 stelden Pawel Mazur en Emil Mottola een andere oplossing voor de veldvergelijkingen van Einstein voor, die leidde tot objecten die zij zwaartekrachtcondensaatsterren of gravastars noemden. In tegenstelling tot zwarte gaten hebben gravastars verschillende voordelen vanuit een theoretisch astrofysica-perspectief.

Aan de ene kant zijn ze bijna net zo compact als zwarte gaten en vertonen ze ook een zwaartekracht aan hun oppervlak die in essentie net zo sterk is als die van een zwart gat, en dus in alle praktische opzichten op een zwart gat lijken. Aan de andere kant hebben gravastars geen gebeurtenishorizon, dat wil zeggen een grens waarbinnen geen informatie kan worden verzonden, en hun kern bevat geen singulariteit.

In plaats daarvan bestaat het centrum van een gravastar uit een exotische (donkere) energie die een negatieve druk uitoefent op de enorme zwaartekracht die de ster samendrukt. Het oppervlak van een gravastar wordt weergegeven door een flinterdunne huid van gewone materie, waarvan de dikte bijna nul benadert.

Theoretisch natuurkundigen Daniel Jampolski en prof. Luciano Rezzolla van de Goethe Universiteit in Frankfurt hebben nu een oplossing gepresenteerd voor de veldvergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie die het bestaan ​​van een gravastar binnen een andere gravastar beschrijft. Ze hebben dit hypothetische hemellichaam de naam "nestar" gegeven (van het Engelse "nested"). Het onderzoek is gepubliceerd in Classical and Quantum Gravity .

Daniel Jampolski, die de oplossing ontdekte als onderdeel van zijn bachelorscriptie onder begeleiding van Luciano Rezzolla, zegt:"De nestar is als een matroesjkapop. Onze oplossing voor de veldvergelijkingen maakt een hele reeks geneste gravastars mogelijk." Terwijl Mazur en Mottola stellen dat de gravastar een vrijwel oneindig dunne huid heeft die bestaat uit normale materie, is de uit materie bestaande schil van de nestar iets dikker:"Het is iets gemakkelijker voor te stellen dat zoiets zou kunnen bestaan."

Luciano Rezzolla, hoogleraar theoretische astrofysica aan de Goethe Universiteit, legt uit:‘Het is geweldig dat zelfs 100 jaar nadat Schwarzschild zijn eerste oplossing presenteerde voor Einsteins veldvergelijkingen uit de algemene relativiteitstheorie, het nog steeds mogelijk is om nieuwe oplossingen te vinden. een gouden munt langs een pad dat al door vele anderen is verkend. Helaas hebben we nog steeds geen idee hoe zo'n gravastar zou kunnen worden gecreëerd. Maar zelfs als nestars niet bestaan, helpt het onderzoeken van de wiskundige eigenschappen van deze oplossingen ons uiteindelijk zwarte gaten beter begrijpen."

Meer informatie: Daniel Jampolski et al., Geneste oplossingen van zwaartekrachtcondensaatsterren, Klassieke en kwantumzwaartekracht (2024). DOI:10.1088/1361-6382/ad2317

Aangeboden door Goethe Universiteit Frankfurt am Main