نظریه جدید دانشمندان درباره احتمال وجود یک «ماتریوشکا»ی فضایی

به گزارش گروه دانش و فناوری، یک راه‌حل جدید برای معادلات در قلب انقلابی‌ترین نظریه «آلبرت اینشتین»(Albert Einstein) نشان می‌دهد که ستاره‌های فرضی به نام «نستار»(Nestar) ممکن است از ستاره‌های گرانشی موسوم به «گرت‌اختر»(Gravastar) ساخته شده و مانند عروسک‌های روسی موسوم به «ماتریوشکا»(Matryoshka) باشند.

به نقل از اسپیس،  یکی از تأثیرگذارترین نکات در مورد نظریه «نسبیت عام» اینشتین این است که معادلات مرکزی آن، چند جرم کیهانی باورنکردنی را پیش‌بینی کرده‌اند.

علاوه بر پیش‌بینی اینکه گرانش از اجرام منحنی‌ کننده بافت فضازمان به وجود می‌آید، نسبیت عام در بردارنده نظریه‌هایی درباره سیاه‌چاله‌ها و امواج موسوم به امواج گرانشی است که در آن بافت ایجاد می‌شوند. وجود هر دوی این موارد از طریق مشاهدات تأیید شده است. «سفیدچاله‌ها» و «کرم‌چاله‌ها» که احتمالا به سیاه‌چاله‌ها پیوند خورده‌اند، سایر ایده‌های مبتنی بر نسبیت عام هستند اما صرفا در حد نظریه باقی مانده‌اند. فقط زمان نشان خواهد داد که آیا می‌توان نظریه اینشتین را بار دیگر به عنوان نظریه درست انتخاب کرد یا خیر.

ایده نظری دیگری که در سال ۲۰۰۱ از نسبیت عام پدیدار شد، مفهوم گرت‌اخترها یا اجرام فشرده دارای هسته‌هایی از انرژی تاریک است. انرژی تاریک، نیرویی است که به نظر می‌رسد انبساط جهان را تسریع می‌کند. دانشمندان بر این باورند که در گرت‌اخترها، انرژی تاریک برای محافظت از ستاره‌ها در برابر نیروهای گرانشی درونی خود، یک فشار منفی را وارد می‌کند.

اکنون یک راه حل جدید برای نسبیت عام، جنبه جالب دیگری را از گرت‌اخترها نشان می‌دهد و آن این است که شاید گرت‌اخترها بتوانند درون یکدیگر قرار بگیرند تا دنباله‌ای را از نستارها ایجاد کنند.

«دانیل جامپلسکی»(Daniel Jampolski) فیزیک‌دان نظری «دانشگاه گوته»(Goethe University) و یکی از ارائه‌دهندگان این راه حل گفت: نستار مانند یک عروسک ماتریوشکاست. راه حل ما برای معادلات نظریه نسبیت عام نشان می‌دهد که شاید یک مجموعه کامل از گرت‌اخترهای تو در تو وجود داشته باشد.

گرت‌اخترها با سیاه‌چاله‌ها تفاوت دارند

تنها یک سال پس از انتشار نظریه نسبیت عام و رسیدن آن به یک جامعه علمی گسترده‌تر، «کارل شوارتزشیلد»(Karl Schwarzschild) فیزیک‌دان آلمانی، اولین راه حل را برای معادلات آن ارائه داد و حتی اینشتین را که معتقد بود توسعه یک راه حل به سال‌ها زمان نیاز دارد، شگفت‌زده کرد.

در راه حل شوارتزشیلد، دو ویژگی وجود داشت که نهایتا مفهوم سیاه‌چاله را به وجود آوردند. این فیزیک‌دان آلمانی پیش‌بینی کرد که در شعاع معینی از یک جرم، سرعت لازم برای فرار از آن جرم باید به بیش از سرعت نور افزایش یابد.

برای بیشتر اجرام، این شعاع در اعماق سطح آنها قرار دارد. برای مثال، شعاع خورشید در فاصله سه کیلومتری از مرکز آن قرار دارد که شعاع کلی آن ۷۰۰ هزار کیلومتر است اما اگر ستاره‌ای از هم بپاشد و شعاع آن به کمتر از شعاع شوارتزشیلد کاهش یابد، یک جرم با مرز بیرونی ایجاد می‌شود که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن بیرون برود. این موضوع، مفهوم «افق رویداد» سیاه‌چاله را پدید آورد.

جالب‌تر اینکه راه‌حل شوارتزشیلد نشان داد شاید نقطه‌ای وجود داشته باشد که در آن ماده بسیار متراکم شود و حتی معادلات نسبیت عام را در هم بشکند. این موضوع به عنوان «تکینگی مرکزی» سیاه‌چاله شناخته شد که در آن، هیچ کدام از نظریه‌های فیزیکی شناخته‌شده دیگر هیچ معنایی ندارند.

این مفاهیم در سال ۱۹۷۱ تأیید شدند؛ یعنی زمانی که بشر اولین سیاه‌چاله را کشف کرد. پس از آن، در دهه ۲۰۰۰ مشخص شد که یک منبع رادیویی قوی در قلب کهکشان راه شیری در واقع یک سیاه‌چاله کلان‌جرم با جرم ۴.۵ میلیون برابر خورشید است. این خلا بزرگ در کهکشان ما، «کمان ای*»(* Sagittarius A) نامیده می‌شود.

شکل بصری سیاه‌چاله‌ها همان طور که در نظریه نسبیت عام ترسیم شده است، در سال ۲۰۱۹ نیز تایید شد. در آن زمان، عکسی از یک حلقه درخشان مواد در اطراف یک سیاه‌چاله بزرگ واقع در قلب کهکشان «مسیه ۸۷»(Messier ۸۷) با استفاده از «تلسکوپ افق رویداد»(Event Horizon Telescope) برای عموم آشکار شد.

نظریه گرت‌اخترها یا ستاره‌های متراکم گرانشی توسط «پاول مازور»(Pawel Mazur) و «امیل موتولا»(Emil Mottola) در سال ۲۰۰۱ به عنوان یک جایگزین برای سیاه‌چاله‌ها مطرح شد.

از دیدگاه فیزیک‌دانان نظری، گرت‌اخترها مزایای متعددی را نسبت به سیاه‌چاله‌ها دارند. آنها تقریبا به اندازه سیاه‌چاله‌ها فشرده هستند و تأثیر گرانشی که در سطح خود دارند، اساسا به اندازه سیاه‌چاله‌ها قوی است. بنابراین، آنها شباهت زیادی دارند اما نمی‌توان از تفاوت‌های کلیدی نیز غافل شد. به عنوان مثال، گرت‌اخترها افق رویداد ندارند و به همین دلیل، جلوی بیرون رفتن نور را نمی‌گیرند. همچنین، در قلب گرت‌اخترها که تصور می‌شود قلب آنها سرشار از انرژی تاریک است، تکینگی وجود ندارد.

این نظریه در مورد گرت‌اخترها که توسط مازور و موتولا مطرح شده، امکان وجود یک پوسته بسیار نازک را از ماده معمولی مطرح می‌کند که توضیح دادن آن برای دانشمندان دشوار است. این بخش در نظریه نستارها حذف شده و نشان می‌دهد که تکه‌های انباشته‌شده از ماده، یک پوسته‌ ضخیم‌تر را پدید می‌آورند. جامپلسکی گفت: تصور کردن این که شاید چنین چیزی وجود داشته باشد، کمی ساده‌تر است.

با وجود این، تنها به این دلیل که معادلات نظریه نسبیت عام اجازه می‌دهند تا یک جرم در کیهان وجود داشته باشد، بدین معنا نیست که لزوما یک جرم وجود دارد.

«لوسیانو رزولا»(Luciano Rezzolla) فیزیک‌دان نظری دانشگاه گوته و یکی از مطرح‌کننده‌های نظریه نستارها گفت: متأسفانه ما هنوز نمی‌دانیم چگونه گرت‌اختر می‌تواند ایجاد شود اما حتی اگر نستارها وجود نداشته باشند، کاوش در ویژگی‌های ریاضی این راه‌حل‌ها در نهایت به ما کمک خواهد کرد تا سیاه‌چاله‌ها را بهتر درک کنیم.

حتی اگر نظریه اولیه به نتیجه نرسد، باز هم پژوهش‌هایی از این دست سودمند هستند زیرا راه‌های شگفت‌انگیزی را نشان می‌دهند که از نظریه مورد توجه برای بیش از یک قرن پیش متولد شده‌اند.

رزولا گفت: خیلی خوب است که حتی ۱۰۰ سال پس از ارائه اولین راه حل شوارتزشیلد برای معادلات نظریه نسبیت عام اینشتین، هنوز هم می‌توان راه‌حل‌های جدیدی را پیدا کرد. این کار کمی شبیه به یافتن یک سکه طلا در مسیری است که پیشتر بسیاری از افراد در آن جست‌وجو کرده‌اند.

این پژوهش در مجله «Classical and Quantum Gravity» به چاپ رسید.

انتهای پیام