Όταν ένα εξαιρετικά μαζικό άστρο εξαντλήσει τα πυρηνικά του καύσιμα, η πίεση της ακτινοβολίας δεν μπορεί πλέον να εξισορροπήσει τη δύναμη της βαρύτητας.
Το άστρο καταρρέει κάτω από το ίδιο του το βάρος μέχρι που όλη η μάζα του συγκεντρώνεται σε ένα μόνο σημείο: τη μοναδικότητα (singularity). Αν και η δημιουργία μιας μαύρης τρύπας φαίνεται λογική, τα αντικείμενα αυτά συνεχίζουν να θέτουν τεράστιες προκλήσεις για την επιστήμη, καθώς στο σημείο της μοναδικότητας οι νόμοι της φυσικής καταρρέουν.
Είναι πιθανό οι μαύρες τρύπες να είναι στην πραγματικότητα εντελώς διαφορετικά αντικείμενα, όπως εξαιρετικά συμπαγή άστρα που δεν είναι ορατά λόγω της ισχυρής βαρύτητάς τους, γνωστά ως gravastars (gravitational vacuum stars).
Η δομή των gravastars και η απουσία μοναδικότητας
Εκτός από τη συνηθισμένη ύλη στα εξωτερικά τους στρώματα, τα gravastars θα ήταν γεμάτα με σκοτεινή ενέργεια. Η ενέργεια αυτή ασκεί μια πίεση προς τα έξω, σταθεροποιώντας τη μάζα τους που τείνει να καταρρεύσει. Τα gravastars είναι πιο εύκολα αποδεκτά από τους φυσικούς σε σχέση με τις μαύρες τρύπες, επειδή δε διαθέτουν μοναδικότητα ούτε ορίζοντα γεγονότων, αν και είναι σχεδόν εξίσου μαζικά και συμπαγή. Μέχρι τώρα, ωστόσο, παρέμενε ασαφές το πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν στην πράξη.
Οι θεωρητικοί φυσικοί Daniel Jampolski και ο καθηγητής Luciano Rezzolla παρουσίασαν για πρώτη φορά μια δυναμική λύση στις εξισώσεις πεδίου της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein που περιγράφει την κατάρρευση ενός άστρου, η οποία μπορεί να οδηγήσει στον σχηματισμό ενός τέτοιου gravastar. Η μελέτη τους δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review D.
Η δημιουργία ενός μίνι-σύμπαντος στο εσωτερικό του άστρου
Η λύση έδειξε ότι η κατάρρευση μπορεί να πυροδοτήσει τη δημιουργία ενός μίνι-σύμπαντος στο εσωτερικό της καταρρέουσας ύλης, παρόμοιου με το Big Bang από το οποίο προήλθε το δικό μας σύμπαν. Όπως και στο δικό μας σύμπαν, η διαστολή αυτού του εσωτερικού κόσμου οδηγείται από τη σκοτεινή ενέργεια.
Με αυτόν τον τρόπο, η διαστολή του νέου σύμπαντος εξουδετερώνει τις βαρυτικές δυνάμεις και σταματά την κατάρρευση του άστρου πριν προλάβει να σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα. Στη διαδικασία αυτή, εδραιώνεται μια ισορροπία μεταξύ του διαστελλόμενου μίνι-σύμπαντος και της καταρρέουσας ύλης, οδηγώντας στη δημιουργία ενός σταθερού gravastar. Με αυτή τη λύση, οι φυσικοί της Φρανκφούρτης έδωσαν την πρώτη απάντηση σε ένα ερώτημα που απασχολεί την επιστημονική κοινότητα εδώ και 25 χρόνια.
Χώρος για νέα φυσική και εναλλακτικές ερμηνείες
Ο Jampolski, ο οποίος ανακάλυψε τη λύση κατά τη διάρκεια της μεταπτυχιακής του διατριβής υπό την επίβλεψη του Rezzolla, εξηγεί ότι το Big Bang του αναδυόμενου σύμπαντος μπορεί να ξεδιπλωθεί αφού το άστρο έχει ήδη καταρρεύσει σχεδόν μέχρι το σημείο να γίνει μαύρη τρύπα. Η ανεξήγητη συμπεριφορά της εξαιρετικά συμπιεσμένης ύλης αφήνει περιθώριο για νέα φυσική, καθώς είναι πιο εύκολο να φανταστούμε ότι το Big Bang συμβαίνει σε ένα πολύ όψιμο στάδιο, όταν η ύλη έχει ήδη συμπιεστεί σε ακραίο βαθμό, προκαλώντας νέα φαινόμενα.
Ο Rezzolla, καθηγητής θεωρητικής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο Γκαίτε, συμπληρώνει ότι η αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων δεν υποδηλώνει σκεπτικισμό απέναντι στις μαύρες τρύπες, οι οποίες εξακολουθούν να αντιπροσωπεύουν την πιο φυσική και απλή λύση για τη μοίρα της βαρυτικής κατάρρευσης. Ωστόσο, σημειώνει ότι είναι απαραίτητο για τους θεωρητικούς φυσικούς να διατηρούν μια ανοιχτή προσέγγιση απέναντι σε όσα δε γνωρίζουν, εξερευνώντας τόσο την αποδεκτή γνώση όσο και τις πιο εξωτικές ερμηνείες, καθώς η ιστορία έχει δείξει ότι οι δεύτερες συχνά καταλήγουν να γίνουν η κρατούσα θεωρία.
