Введение

Гипотетическая альтернатива черной дыре
Гравстар — это объект, гипотетически предложенный в астрофизике Пауэлем О. Мазуром и Эмилем Моттолой как альтернатива теории черных дыр. Он обладает обычной метрикой черной дыры за пределами горизонта событий, но метрикой де Ситтера внутри. На горизонте событий находится тонкая оболочка материи. Термин "гравстар" является комбинацией слов "гравитационная вакуумная звезда". Дальнейшие теоретические исследования гравстаров включают понятие нестара (второго гравстара, вложенного в первый).

Структура

В оригинальной формулировке Мазура и Моттолы, гравастар содержит центральную область с (где p – давление и ρ – плотность энергии), ложным вакуумом или «темной энергией», тонкой оболочкой идеальной жидкости и истинным вакуумом снаружи. Поведение внутренней области, подобное темной энергии, предотвращает коллапс в сингулярность, а наличие тонкой оболочки препятствует образованию горизонта событий, избегая бесконечного синего сдвига. Внутренняя область термодинамически не имеет энтропии и может рассматриваться как гравитационный конденсат Бозе — Эйнштейна. Сильное красное смещение фотонов при их выходе из гравитационного колодца сделает жидкую оболочку также очень холодной, почти абсолютным нулем. Помимо оригинальной формулировки с тонкой оболочкой, были предложены гравастары с непрерывным давлением. Эти объекты должны содержать анизотропные напряжения. Внешне гравастар выглядит похоже на черную дыру: его можно обнаружить по высокоэнергетическому излучению, которое он испускает при поглощении материи, и по излучению Хокинга, которое он создает. Астрономы ищут в небе рентгеновские лучи, испускаемые падающей материей, для обнаружения черных дыр. Гравстар создаст идентичную сигнатуру. Также возможно, что если тонкая оболочка прозрачна для излучения, гравастары можно будет отличить от обычных черных дыр по различным свойствам гравитационного линзирования, поскольку нулевые геодезические могут проходить сквозь них. Мазур и Моттола предполагают, что насильственное создание гравастара может объяснить происхождение нашей Вселенной и многих других вселенных, поскольку вся материя от коллапсирующей звезды имплодирует «сквозь» центральную полость и взрывается в новое измерение, расширяясь бесконечно, что согласуется с современными теориями Большого взрыва. Это «новое измерение» оказывает внешнее давление на слой конденсата Бозе — Эйнштейна и предотвращает его дальнейший коллапс. Гравстары также могут предоставить механизм для описания того, как темная энергия ускоряет расширение Вселенной. Одна из возможных гипотез использует излучение Хокинга как средство обмена энергией между «родительской» и «дочерней» вселенными, тем самым ускоряя скорость расширения, но эта область остается предметом спекуляций. Формирование гравастаров может дать альтернативное объяснение внезапным и интенсивным вспышкам гамма-лучей в космосе. Наблюдения LIGO гравитационных волн от сталкивающихся объектов оказались либо несовместимыми с концепцией гравастаров, либо неотличимыми от обычных черных дыр.

По сравнению с черными дырами

Принимая во внимание квантовую физику, гипотеза о гравстарах стремится разрешить противоречия, возникающие в рамках общепринятых теорий чёрных дыр.

Горизонты событий

В гравстаре горизонта событий не существует. Слой жидкости с положительным давлением располагается непосредственно за пределами того, что можно было бы назвать "горизонтом событий", и предотвращается от полного коллапса внутренним ложным вакуумом. Теоретические исследования также показали, что некоторые вращающиеся гравстары стабильны при определенных угловых скоростях, толщине оболочки и степени компактности. Кроме того, возможно, что некоторые гравстары, математически нестабильные, могут быть физически стабильными на космологических временных масштабах. Теоретическое обоснование возможности существования гравстаров не исключает существование черных дыр, что подтверждается другими теоретическими работами.