グラバスター
古典的なブラックホールと重力星の構造を比較した図。
ブラックホールの代替案

天体物理学において、重力星 （「重力真空星」を組み合わせた造語）は、2001年のパヴェル・O・マズールとエミール・モットーラの論文でブラックホール理論の代替として提唱された天体である。[1]重力星は地平線の外側では通常のブラックホール計量を持つが、内側ではド・ジッター計量を持つ。典型的な重力星はロンドンほどの大きさだが、重さは太陽の10倍である。地平線上には、全く新しい、特異なエキゾチック物質でできた、極めて薄く、信じられないほど密集した殻が存在する。このアインシュタイン方程式の解は安定しており、特異点を持たない。[2]重力星はダークエネルギーまたは真空エネルギーで満たされているが、真空も存在し、内側の真空のみが外側の10の44乗倍の密度を持つ。さらに、重力星に関するさらなる理論的考察には、ネスター（最初の重力星の中に「入れ子」になった2番目の重力星）の概念が含まれる。 [3] [4]

説明

マズールとモットーラによる元の定式化[5]では、重力星は圧力pとエネルギー密度ρの関係によって区別される3つの領域から構成される。中心領域は偽の真空、すなわち「ダークエネルギー」で構成され、この領域ではp = − ρとなる。その周囲はp = ρとなる完全流体の薄い殻で囲まれている。外側は真の真空であり、p = ρ = 0となる。

グラバスターの解剖学

重力星の内部はダークエネルギーのように振る舞い、特異点への崩壊を防いでいます。内部領域は熱力学的にエントロピーを持たず、重力ボース＝アインシュタイン凝縮体と考えることができます。外側の薄い殻は事象の地平線の形成を阻止します。事象の地平線が形成されると、光とエネルギーが無限に集中することになります。重力井戸から上昇する光子の著しい赤方偏移により、薄い殻も非常に冷たく見えるでしょう。重力星は、絶対零度よりわずか10億分の1度高い、理論的に考え得る最も冷たい天体です。

元の薄い殻の定式化に加えて、連続的な圧力を持つ重力星が提案されている。これらの天体は異方的な応力を持つはずである。[6]

外見上、グラバスターはブラックホールに似ている。物質を消費する際に放出する高エネルギー放射線と、生成するホーキング放射によって観測できる。 [要出典]天文学者は、ブラックホールを発見するために、落下する物質から放出されるX線を空で探している。グラバスターも同様の特徴を示すだろう。また、薄い殻が放射線に対して透明であれば、ルクソンの軌道が通過するため、重力レンズ効果の特性が異なることで、グラバスターを通常のブラックホールと区別できる可能性がある。 [7]

発見

マズールとモットーラは、重力星の激しい生成が私たちの宇宙や多くの他の宇宙の起源を説明する可能性があると示唆しています。なぜなら、崩壊する星のすべての物質は中心の穴を「通り抜けて」爆発し、新しい次元に爆発して永遠に膨張するからです。これはビッグバンに関する現在の理論と一致します。[8]この「新しい次元」はボーズ・アインシュタイン凝縮層に外向きの圧力をかけ、それ以上の崩壊を防いでいます。

重力星は、ダークエネルギーが宇宙の膨張を加速させるメカニズムを説明できる可能性もある。一つの仮説として、ホーキング放射を「親」宇宙と「子」宇宙の間でエネルギー交換を行い、膨張速度を加速させる手段として用いることが考えられるが、この分野はまだ多くの憶測が飛び交っている。[要出典]

グラバスターの形成は、宇宙全体で発生する突発的で強力なガンマ線バーストの別の説明となるかもしれない。[要出典]

LIGOによる衝突物体からの重力波の観測は、重力星の概念と一致しないか、[9] [10] [11]、または通常のブラックホールと区別がつかないことが判明しており、これは、外から見ると重力星はブラックホールと完全に区別がつかないため、非常にあり得るシナリオである。[12] [13]

ブラックホールとの比較

重力星仮説は量子物理学を考慮することで、従来のブラックホール理論によって引き起こされた矛盾を解決しようと試みる。[14]

事象の地平線

重力星には事象の地平線は存在しない。正圧流体の層は「事象の地平線」のすぐ外側に位置し、内部の偽の真空によって完全な崩壊が阻止される。[2]

重力星の動的安定性

2007年の理論的研究により、特定の条件下では、重力星だけでなく他の代替ブラックホールモデルも回転時に安定しないことが示唆されました。[15]また、理論的研究では、特定の角速度、殻の厚さ、およびコンパクトネスを仮定すると、特定の回転する重力星が安定することも示されています。また、数学的には不安定な重力星であっても、宇宙論的な時間スケールでは物理的に安定している可能性も示唆されています。[16]重力星の実現可能性を理論的に裏付けているからといって、他の理論的研究で示されているように、ブラックホールの存在が否定されるわけではありません。[17]

参照

参考文献

  1. ^ Mazur, Pawel O.; Mottola, Emil (2023-02-15)、「重力凝縮星：ブラックホールの代替」、Universe、9 (2): 88、arXiv : gr-qc/0109035、Bibcode :2023Univ....9...88M、doi : 10.3390/universe9020088
  2. ^ ab 「ロスアラモスの研究者は『ブラックホール』は穴ではないと語る」ロスアラモス国立研究所。2006年12月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年4月10日閲覧。
  3. ^ マクレー、マイク (2024年2月20日). 「バブルのような『星々の中の星々』がブラックホールの奇妙さを説明できる」. ScienceAlert . 2024年2月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年2月20日閲覧。
  4. ^ Jampolski, Daniel; Rezzolla, Luciano (2024年2月15日). 「重力凝縮星のネスト解」.古典重力と量子重力. 41 (6): 065014. arXiv : 2310.13946 . Bibcode :2024CQGra..41f5014J. doi :10.1088/1361-6382/ad2317. S2CID  264426808.
  5. ^ マズール＆モットーラ 2024、88ページ
  6. ^ Cattoen, Celine; Faber, Tristan; Visser, Matt (2005年10月21日). 「重力星は異方性圧力を持つはず」.古典重力と量子重力. 22 (20): 4189– 4202. arXiv : gr-qc/0505137 . Bibcode :2005CQGra..22.4189C. doi :10.1088/0264-9381/22/20/002. ISSN  0264-9381. S2CID  10023130.
  7. ^ 坂井伸之; 斉田裕美; 玉木隆志 (2014年11月17日). 「Gravastar shadows」. Physical Review D. 90 ( 10) 104013. arXiv : 1408.6929 . Bibcode :2014PhRvD..90j4013S. doi :10.1103/PhysRevD.90.104013. ISSN  1550-7998. S2CID  119102542.
  8. ^ Chown, Marcus (2006年6月7日). 「時空は超流体か？」 . New Scientist . 2016年4月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年11月4日閲覧。「これはビッグバンだ」とマズールは言う。「実質的に、我々は重力星の中にいるのだ。」 「代替URL」。bibliotecapleyades.net。
  9. ^ Chirenti, Cecilia; Rezzolla, Luciano (2016年10月11日). 「GW150914は回転する重力星を生成したのか？」. Physical Review D. 94 ( 8) 084016. arXiv : 1602.08759 . Bibcode :2016PhRvD..94h4016C. doi :10.1103/PhysRevD.94.084016. ISSN  2470-0010. S2CID  16097346.我々は、GW150914で測定されたリングダウンを、回転する重力星によるものとしてモデル化することは不可能であると結論付けた。
  10. ^ 「LIGOはブラックホールか重力星を検出したのか？」ScienceDaily . 2016年10月19日. 2017年11月4日閲覧。
  11. ^ 「LIGOのブラックホール検出、グラバスターテストを生き残る」エクストリーム・テック、2016年10月26日。 2017年11月4日閲覧。
  12. ^ 「重力波信号はブラックホールではなく、重力星からのものだったのか？」ニューサイエンティスト誌、2016年5月4日。 2017年11月4日閲覧。私たちの信号は、ブラックホールの形成と地平線のない天体の形成の両方と一致しているが、どちらかは判断できない。
  13. ^ Cardoso, Vitor; Franzin, Edgardo; Pani, Paolo (2016年4月27日). 「重力波リングダウンは事象の地平線の探査機か？」. Physical Review Letters . 116 (17) 171101. arXiv : 1602.07309 . Bibcode :2016PhRvL.116q1101C. doi :10.1103/PhysRevLett.116.171101. ISSN  0031-9007. PMID  27176511. S2CID  206273829.
  14. ^ Stenger, Richard (2002年1月22日). 「ブラックホール理論は作り話か？」CNN.com . 2014年4月10日閲覧。
  15. ^ Cardoso, Vitor; Pani, Paolo; Cadoni, Mariano; Cavaglià, Marco (2008年6月26日). 「超小型天体におけるエルゴ領域不安定性」. Physical Review D. 77 ( 12) 124044. arXiv : 0709.0532 . Bibcode :2008PhRvD..77l4044C. doi :10.1103/PhysRevD.77.124044. ISSN  1550-7998. S2CID  119119838.
  16. ^ Chirenti, Cecilia BMH; Rezzolla, Luciano (2008年10月8日). 「回転する重力星におけるエルゴ領域不安定性」(PDF) . Physical Review D. 78 ( 8) 084011. arXiv : 0808.4080 . Bibcode :2008PhRvD..78h4011C. doi :10.1103/PhysRevD.78.084011. hdl :11858/00-001M-0000-0013-136E-D. ISSN  1550-7998. S2CID 34564980. 2016年3月4日 時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2014年4月10日閲覧。
  17. ^ Rocha, P; Miguelote, AY; Chan, R; da Silva, MF; Santos, NO; Wang, Anzhong (2008年6月23日). 「境界付きエクスカーション安定重力星とブラックホール」. J​​ournal of Cosmology and Astroparticle Physics . 2008 (6): 25. arXiv : 0803.4200 . Bibcode :2008JCAP...06..025R. doi :10.1088/1475-7516/2008/06/025. ISSN  1475-7516. S2CID  118669175.

さらに読む

  • カメンジント、マックス（2007年）『天体物理学におけるコンパクト天体：白色矮星、中性子星、ブラックホール』天文学・天体物理学ライブラリー、ベルリン、ニューヨーク：シュプリンガー、pp.  442– 445、ISBN 978-3-540-49912-1。
  • ボール、フィリップ（2005年3月31日）「ブラックホールは『存在しない』」 Nature誌、doi :10.1038/news050328-8、ISSN:  0028-0836。
  • マズール, パウェル・O.; モットーラ, エミール (2024年2月7日). 「重力凝縮星：ブラックホールの代替」. Universe . 9 (2): 88. arXiv : gr-qc/0109035 . Bibcode :2023Univ....9...88M. doi : 10.3390/universe9020088 . ISSN  2218-1997.マズールとモットーラによる原著論文
  • ヴィッサー, マット; ウィルトシャー, デイビッド L (2004). 「安定重力星 — ブラックホールの代替か？」(PDF) .古典重力と量子重力. 21 (4): 1135– 1151. arXiv : gr-qc/0310107 . Bibcode :2004CQGra..21.1135V. doi :10.1088/0264-9381/21/4/027. ISSN  0264-9381 . 2004年10月2日閲覧.
  • レゾラ、ルチアーノ; ザノッティ、オリンド (2018). 相対論的流体力学. オックスフォード:オックスフォード大学出版局. pp.  599– 603. ISBN 978-0-19-852890-6。
  • gr-qc の gravastars に関する論文
  • ブラックホールの邪悪な双子 - YouTubeでKurzgesagtが解説するGravastars
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