Звезды Бухдаля: что наука знает о самых уникальных космических объектах и их особенностях.

Неуловимый космический объект стал настоящей загадкой для ученых. Он напоминает черную дыру, ведет себя как черная дыра и, вероятно, даже «пахнет» черной дырой. Однако у него есть одно ключевое отличие: отсутствие горизонта событий, что позволяет вам вырваться из его гравитационных тисков, если приложить достаточно усилий.

Этот объект называется «звездой Бухдаля», и это самый плотный объект, который может существовать во Вселенной, не становясь черной дырой. Тем не менее, никто никогда не наблюдал таких звезд, что вызывает вопросы о том, действительно ли подобные небесные тела существуют в известной части космоса. Однако недавно физик, возможно, открыл новое свойство звезд Бухдаля, которое могло бы помочь ответить на этот вопрос.

В целом астрономы согласны с тем, что черные дыры действительно существуют. Мы наблюдаем доказательства их существования повсюду, включая излучение гравитационных волн при их столкновениях и драматические тени, которые они отбрасывают на окружающие материалы. Астрономы также понимают, как образуются черные дыры: это остатки катастрофического гравитационного коллапса массивных звезд. Когда гигантские звезды умирают, никакая сила в природе не может удержать их собственный вес, поэтому эти обреченные гиганты продолжают сжиматься до бесконечности.

Тем не менее, астрономы в настоящее время не понимают, насколько сильно может сжаться объект, не превращаясь в черную дыру. Мы знаем о белых карликах, которые содержат массу Солнца в объеме, эквивалентном Земле, и о нейтронных звездах, которые еще больше сжимают все это до размеров города. Но мы не знаем, существуют ли еще более мелкие объекты, которые избегают участи стать черной дырой.

В 1959 году немецко-австралийский физик Ганс Адольф Бухдаль изучил, как идеализированная «звезда», представленная в виде идеально сферического куска вещества, может вести себя при максимальном сжатии. По мере уменьшения сгустка его плотность увеличивалась, что делало его собственное гравитационное притяжение еще более интенсивным. Используя инструменты общей теории относительности Эйнштейна, Бухдаль нашел абсолютный нижний предел размера этого сгустка.

Этот особый радиус равен 9/4 массы шарика, умноженной на ньютоновскую гравитационную постоянную и деленной на квадрат скорости света. Предел Бухдаля важен, так как он определяет максимально плотный объект, который все еще может избежать превращения в черную дыру. Ниже этого предела сгусток вещества всегда должен становиться черной дырой, по крайней мере, в рамках теории относительности.

Поиск экзотических объектов, приближающихся к этому пределу — так называемых звезд Бухдаля — стал популярным занятием как для теоретиков, так и для наблюдателей. Теперь Нареш Дадхич, физик из Межуниверситетского центра астрономии и астрофизики в Пуне, Индия, возможно, открыл удивительное свойство, которым обладают звезды Бухдаля. Дадхич обсуждает это свойство в своей статье, размещенной на сервере препринтов arXiv.org.

Дадхич, который называет звезды Бухдаля «имитаторами черных дыр», поскольку их наблюдаемые характеристики почти идентичны, исследовал, что происходит с энергией гипотетической звезды, когда она начинает коллапсировать в звезду Бухдаля.

«Когда звезда коллапсирует, она получает отрицательную гравитационную потенциальную энергию, так как гравитация притягивает», — объяснил Дадхич. В то же время внутренняя часть звезды получает кинетическую энергию, поскольку все частицы вынуждены сталкиваться друг с другом в меньшем объеме. К моменту достижения предела Бухдаля Дадхич обнаружил удивительное, но знакомое соотношение: полная кинетическая энергия равна половине потенциальной энергии.

Это соотношение известно как теорема вириала и применяется во многих ситуациях в астрономии, когда сила гравитации находится в равновесии с другими силами. Это означает, что звезда Бухдаля теоретически может существовать как стабильный объект с известными, хорошо изученными свойствами.

Это открытие предполагает, что теоретические звезды Бухдаля могут действительно существовать и может привести к пониманию внутренней структуры черных дыр.

«Всегда предпринимались попытки найти объекты, максимально приближенные к черным дырам», — сообщил Дадхич в электронном письме порталу Live Science. «Горизонт событий черной дыры блокирует наше представление о том, что находится внутри нее. Но мы можем взаимодействовать со звездой Бухдала и изучать ее состав, что может дать нам ключ к пониманию того, каковы внутренние части черной дыры».

Однако найти реальную звезду Бухдаля — это другая задача. На данный момент нет известного расположения материи, которое могло бы теоретически создать подобное тело. Но работа Дадича указывает путь к пониманию того, как они могут функционировать. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы выяснить, какими еще свойствами могут обладать эти экзотические объекты и что они могут рассказать нам о черных дырах.