像俄罗斯套娃一样的恒星:关于重力星的新理论

2025-01-07 18:02来源:

如果引力凝聚星(或引力星)确实存在,那么在遥远的观察者看来,它们就像黑洞一样。法兰克福歌德大学的两位理论物理学家现在发现了阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的新解决方案,根据该理论,引力恒星的结构可以像俄罗斯套娃一样,一个引力星位于另一个引力星内部。

黑洞的内部仍然是科学界的一个难题。1916年,德国物理学家卡尔·施瓦西(Karl Schwarzschild)概述了阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论方程的一个解,根据该方程,黑洞的中心由一个所谓的奇点组成,在这个点上空间和时间不再存在。在这里,该理论认为,所有物理定律,包括爱因斯坦的广义相对论,都不再适用;因果关系的原则被搁置了。这对科学来说是一个巨大的麻烦:毕竟,这意味着没有任何信息可以从所谓的事件视界之外的黑洞中逃脱。

这可能就是为什么史瓦西解在很长一段时间内没有在理论领域之外引起太多关注的原因——也就是说,直到1971年发现了第一个黑洞候选者,随后在2000年代发现了银河系中心的黑洞,最后是2019年由事件视界望远镜合作组织拍摄的第一张黑洞图像。

2001年,帕维尔·马祖尔(Pawel Mazur)和埃米尔·莫托拉(Emil Mottola)提出了爱因斯坦场方程的另一种解,这种解导致了他们称之为引力凝聚星或引力星的物体。与黑洞相反,从理论天体物理学的角度来看,引力星有几个优势。一方面,它们几乎和黑洞一样紧凑,并且在它们的表面也表现出本质上和黑洞一样强的引力,因此在所有实际用途上都类似于黑洞。另一方面,重力星没有事件视界,也就是说,在这个边界内没有信息可以被发送出去,它们的核心也不包含奇点。相反,引力星的中心是由一种奇异的暗能量组成的,它对压缩恒星的巨大引力施加负压。重力星的表面由一层极薄的普通物质构成,其厚度接近于零。

法兰克福歌德大学的理论物理学家Daniel Jampolski和Luciano Rezzolla教授现在提出了广义相对论场方程的解,该方程描述了引力星内部存在一个引力星。他们把这个假想的天体命名为“nestar”(来自英语“嵌套的”)。

Daniel Jampolski在Luciano Rezzolla的指导下,在他的学士论文中发现了这个解,他说:“内星就像一个套娃,”他补充说,“我们对场方程的解允许一系列嵌套的引力星。”尽管Mazur和Mottola假设重力星有一个由普通物质组成的近乎无限薄的皮肤,但恒星的物质组成的外壳要厚一些:“更容易想象这样的东西可能存在。”

歌德大学理论天体物理学教授Luciano Rezzolla解释说:“在Schwarzschild从广义相对论中提出爱因斯坦场方程的第一个解100年后,仍然有可能找到新的解,这真是太棒了。这有点像在一条已经被许多人探索过的道路上发现了一枚金币。不幸的是,我们仍然不知道如何创造这样一个重力星。但即使新恒星不存在,探索这些解的数学性质最终也能帮助我们更好地理解黑洞。”

 

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