Grawastary – nieuchwytne gwiezdne tajemnice przypominające rosyjskie matrioszki

Studia nad enigmatycznymi czarnymi dziurami dostarczają naukowcom nieskończonej ilości pytań. Od lat starają się oni zgłębić tajniki ich wnętrza, jednak sprawy komplikują się jeszcze bardziej, gdy włączymy do równań teoretycznych gwiazdy grawitacyjne, zwane inaczej grawastarami.

Już prawie sto lat temu Karl Schwarzschild, niemiecki fizyk, zaproponował rozwiązanie dla równań Einsteina dotyczących ogólnej teorii względności, które sugerowały, że serce obiektów o wielkiej gęstości składa się z tak zwanej osobliwości. To miejsce, gdzie czas i przestrzeń jak je znamy przestają istnieć a nawet zamieniają swoje role. W miejscu tym zasady rządzące fizyką, włączając ogólną teorię względności, stają się nieistotne. Do tego kończy się tam obowiązywanie zasady przyczynowości.

Opisane wyżej cechy były i są współcześnie wyzwaniem dla nauki. Te niezwykle tajemnicze obiekty kosmiczne, które nazwano czarnymi dziurami, posiadają charakterystyczną cechę – nic, co do nich wpadnie, nie jest w stanie z nich uciec, nawet światło. Poza ich tzw. horyzontem zdarzeń nie dociera żadna informacja. Rozwiązania Schwarzschilda były tak niecodzienne, że na początku traktowano je jako teoretyczną ciekawostkę. Nikt po prostu nie był skłonny uwierzyć w czarne dziury. Sytuacja zmieniła się drastycznie, gdy w 1971 roku naukowcy odkryli pierwszy obiekt kosmiczny, którego zachowanie było zbieżne z teoriami Schwarzschilda.

Czarne dziury stały się faktem, którego dzisiaj chyba nikt już nie podważa. Wiemy również, że jedna z nich znajduje się w centrum naszej Galaktyki. W roku 2019 naukowcy z projektu Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, po raz pierwszy w historii, udokumentowali „zdjęcie” czarnej dziury znajdującej się w galaktyce M87. Chociaż właściwie była to raczej sylwetka czarnej dziury na tle centrum tej galaktyki.

W 2001 roku polski fizyk Paweł Mazur i Emil Mottola zaproponowali alternatywne rozwiązania równań Einsteina dotyczących pola grawitacyjnego. Rozwiązania te sugerowały możliwość istnienia nowych obiektów kosmicznych, które nazwali grawitacyjnymi gwiazdami kondensacyjnymi, czyli grawastarami. W odróżnieniu od czarnych dziur, grawastary posiadałyby właściwości ułatwiające ich badanie przez astrofizyków. Innymi słowy, byłyby mniej problematyczne jako faktyczne obiekty fizyczne.

Pod względem gęstości i pola grawitacyjnego grawastar byłby zbliżony do czarnej dziury, a zatem wyglądałby i zachowywał się jak ona. Ale z drugiej strony, nie posiadałby horyzontu zdarzeń, czyli granicy, za którą żadna informacja nie jest w stanie się przebić. Najlepsze na końcu: wnętrze grawastara nie zawierałoby osobliwości.

Co więc skrywa grawastar w swoim wnętrzu? Te tajemnicze gwiazdy miałyby być wypełnione egzotyczną (ciemną) energią, która przeciwdziała ogromnej sile grawitacji działającej na gwiazdę od zewnątrz. To właśnie to ciśnienie zapobiega zapadnięciu grawastara w czarną dziurę. Problem pojawia się jednak, gdy próbujemy opisać powierzchnię grawastara. Fizycy twierdzą, że jest ona materialna, a więc odmienna od czarnych dziur. Miałaby stanowić ultracienką powłokę złożoną ze zwykłej materii, o grubości dążącej do zera. To brzmi nieco nieprzekonująco.