Ultraexotické Buchdahlovy hvězdy jsou jako černé díry bez horizontu událostí  
Hvězda typu Slunce se na konci života zhroutí do bílého trpaslíka. Velká hvězda se zhroutí do neutronové hvězdy. Gigantická hvězda do černé díry. Buchdahlova hvězda by měla být objekt, jehož hustota je na samotné hranici toho, co je ještě možné ustát, aniž by se objekt změnil na plnohodnotnou černou díru. Pokud Buchdahlovy hvězdy existují, musejí být fascinující. Jestli je najdeme, mohly by prozradit leccos zajímavého.
Ultrahustá neutronová hvězda. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA).
Ultrahustá neutronová hvězda. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA).

Ve vesmíru se najde spousta podivností. Ale Buchdahlovy hvězdy patří k těm nejvíce vypečeným. Vypadají jako černé díry. Chovají se jako černé díry. Skoro jako by to byly černé díry. Ale v jedné zásadní věci se přece jenom liší. Nemají horizont událostí, takže z jejich gravitační náruče je možné uprchnout, tedy s nemalým úsilím.

 

Naresh Dadhich. Kredit: Centre for Theoretical Physics. Jamia Millia Islamia.
Naresh Dadhich. Kredit: Centre for Theoretical Physics. Jamia Millia Islamia.

Stručně řečeno, Buchdahlovy hvězdy jsou nejhustší objekty, které mohou ve vesmíru existovat, aniž by se zhroutily do temnoty černé díry. Nikdo je nikdy neviděl. Je na pováženou, jestli takové objekty vůbec existují. Poněkud rázovitý fyzik Naresh Dadhich z indického centra Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics (IUCAA) v Puně je přesvědčený, že ano.

 

Astronomové počítají s tím, že existují černé díry, i když se notně vzpěčují naší představivosti a obsahují singularitu, se kterou je výjimečně obtížné pořízení. Vědí o bílých trpaslících, které tvoří zborcená hmota vyhořelého jádra hvězdy podobné Slunci.

 

Logo. Kredit: IUCAA.
Logo. Kredit: IUCAA.

Rovněž vědí o neutronových hvězdách, které vznikají z původně větších hvězd a jsou více zhroucené než bílí trpaslíci. Nemají ale jasno, nakolik je možné stlačit hmotu ještě za úroveň neutronové hvězdy. Jak moc zhroucená a hustá může být hmota, než se změní na černou díru.

 

Na konci 50. let na tom dělal německo-australský fyzik Hans Adolf Buchdahl, který poskytl jméno velice exotickým objektům, co by měly balancovat na ostří nože před zhroucením do černé díry. Podle Dadhicha jsou Buchdahlovy hvězdy mimici černých děr. Jejich pozorovatelné vlastnosti jsou téměř totožné. Dadhich v rovině teoretických výpočtů zkoumal, co se stane s energií hvězdy, která se začne hroutit do Buchdahlovy hvězdy.

 

Nakonec překvapivě dospěl k důvěrně známému viriálnímu teorému, podle něhož se celková kinetická energie systému částic rovná polovině potenciální energie. Viriální teorém se uplatňuje v řadě situací v astronomii, kdy je gravitační síla vyrovnaná s jinými silami. To znamená, že Buchdahlovy hvězdy, stále čistě teoreticky, mohou existovat jako stabilní objekty s definovanými vlastnostmi.

 

Je otázkou, jak tyhle nesmírně exotické objekty najít. Bude k tomu nutný další teoretický výzkum, který by mohl napovědět, co vlastně máme hledat. Pokud bychom ale přece jenom nějaké Buchdahlovy hvězdy našli, vyplatilo by se to. Mohly by nám prozradit leccos zajímavého o černých dírách, kterým jsou velmi podobné. Nemají totiž horizont událostí a zřejmě bychom si je mohli zvědavě prohlížet.

 

Video: Naresh Dadhich (IUCAA) "On the Kerr-NUT spacetime and its duality"

 

Literatura

Live Science 16. 1. 2023.

arXiv:2212.06745.

Datum: 21.01.2023
Tisk článku

Související články:

Vytváří temná hmota ve vesmíru temné a chladné Boseho hvězdy?     Autor: Stanislav Mihulka (25.10.2018)
Detekce gravitačních vln od nejtěžší černé díry     Autor: Vladimír Wagner (09.12.2018)
Extrémní bílý trpaslík je nejmenší a zároveň nejtěžší ze všech     Autor: Stanislav Mihulka (02.07.2021)
Drobná neutronová hvězda by mohla být exotickou „podivnou hvězdou“     Autor: Stanislav Mihulka (27.10.2022)



Diskuze:

Zaujímavá

Vladimír Bzdušek,2023-01-23 14:15:41

teória/špekulácia?
Len mi nie je jasné, prečo sa autor drží tak pri zemi. Keby uvažoval s väčším rozmachom, došiel by na to, že pod neutrónami a pod kvarkami je možno ešte viac podelementárnejších a podelementárnejších častíc, a z každej takej môžu vznikať ďalšie doteraz neznáme druhy hviezd. A či mám niekde v úvahe chybu? Však ich stačí len objaviť a Nobelovky sa budú len tak hrnúť!
P.S.
Samozrejme, irónia, ale chcem tým len povedať, že čím viac skúmame, tým je to zamotanejšie.

Odpovědět


Re: Zaujímavá

Jirka Naxera,2023-01-23 16:51:05

Tak s subelementárními částicemi máte potíž. Vezměte typický proton (nebo neutron, ono je to jedno) a sečtěte hmotnost jejich kvarků. Dostanete něco pod 10MeV. Přesto když se podíváte do tabulek, tak jejich hmotnost je kolem 1GeV, neboli stokrát víc. Všechno ostatní je energie utopená v tom, co se uvnitř nukleonu děje.

Pokud byste chtěl udělat teorii subelementárních částic, budete mít sakra velký problém, jak to udělat, aby jednak na dostupných energiích srážek nebyla pozorovatelná substruktura (tady jsme někde v řádu TeV), neboli to musí být rozměrově nesmírně malé = obrovská vazebná energie, ale současně potřebujete celkovou hmotnost udržet pod 10MeV.

Něco jiného je mix částic. Vezměte si elektroslabou kalibrační grupu U(1) x SU(2). Z ní vypadne singlet boson B a triplet W1-W3, všechny s nulovou klidovou hmotností. Když do toho "zapnete" Higgsův mechanismus, který jim dává hmotnost, tak se stane to, že z kombinace W1 +- W2 vypadnou nám dobře známé W+ a W- bosony, a pokud ve správné míře (Weinbergův úhel) smícháte W3+B, tak z toho na jedné straně vypadne nehmotná částice, které říkáme foton, a na straně druhé boson Z. Takových legrací je mikrosvět plný (třeba neutrina s ostře definovanou vůní jsou mixy neutrin z ostře definovanou hmotností a vice versa)
Tady se dá předpokládat, že k něčemu podobnému bude docházet, pokud opravdu dochází k velkému sjednocení interakcí. Ale to je ve hvězdách, na to by to chtělo urychlovač tak velikosti sluneční soustavy (GUT scale se odhaduje tak tři řády pod Planckovou, což je opravdu hodně). (na teoretický pokrok bych nesázel, zatím se nezdá, že by teorie většinu vylučovaly, naopak rostou exponenciální řadou (v případě KKLT vakuí stringová teorie doslova))

Odpovědět


Re: Re: Zaujímavá

Vladimír Bzdušek,2023-01-24 09:08:32

Ale veď OK, ja predsa netvrdím, že mám pravdu, dokonca je vysoko pravdepodobné, že je to blbosť. A k tej energii ... vieme vôbec niečo o tom, aké energetické mechanizmy fungujú pri kolapse hmoty do singularity?

Odpovědět


Re: Re: Re: Zaujímavá

Jirka Naxera,2023-01-24 12:14:29

Pokud chapu dobre, na co se ptate, tak ano, vime. Nevime moc o zhustene jaderne hmote (a jeji stavove rovnici), tam znalosti konci nekde u neutronia.
Ale samotny mechanismus je prosty a vyplyva primo z obecne relativity. Jde o to, kdyz pomalu stlacujete hmotu, tak (az na nejake zaseky, jako degenerovany plyn u bileho trpajzlika, neutronium u neutronove hvezdy a hypoteticke kvarkove plasma, strange plasma apod. dal) roste tlak k nekonecnu, pokud se blizite nulovemu objemu.
Naproti tomu gravitacni sila roste k nekonecnu, pokud se blizite k Schwartzschildovu polomeru, ktery je nenulovy (ta sila samozrejme neni nekonecna, protoze ji nema co udrzet. Pouze to znamena, ze at je tlak jakkoli vysoky, gravitace ho pobliz horizontu vzdy prebije a hmota se bude hroutit dal).
Pod horizontem je to jeste zajimavejsi, dojde k necemu, co by se dalo nazvat "prohozeni casove souradnice s prostorovou" - pak hmota misto nevyhnutelne cesty do budoucnosti se nevyhnutelne pohybuje do singularity. A jeste zajimavost - cim vic se padu pod horizontem branite, tim kratsi dobu budete padat (vlastniho casu)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Zaujímavá

Vladimír Bzdušek,2023-01-24 12:46:01

To je zaujímavé, a asi je to tak. Ale ja som sa nesprávne opýtal. Kvalitatívne -ako mechanizmus- to teda zrejme sedí, ale myslel som práve na kvantitatívnu mieru (zmien) energie. Ak tam niečo smeruje do nekonečna (plus či mínus) nemôže aj (hustota) energie? A s nekonečnou energiou sa asi dá spáchať všeličo. Ale ozaj to berte ako veľmi laický názor.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Zaujímavá

Jirka Naxera,2023-01-24 14:19:19

Jo tohle, no mozna laicky nazor, ale trefil jste jeden z soucasnych nejvetsich problemu teoreticke fyziky. U normalnich hvezdnych cernych der problem neni, co je pod horizontem, to pro nas "neexistuje" jinak nez gravitacne, a i v okoli horizontu je hustota energie nejen ze konecna, ale nudne mala. Takze na hooooodne desetinych mist staci pouzit obecnou relativitu a v ni kvantovou teorii pole v krivocarych souradnicich.

Ten problem na ktery narazite v okoli singularity, kde je opravdu vysoka hustota energie, se jmenuje teorie kvantova gravitace (QG, Quantum Gravity), kterou nemame a vypada to, ze ji dlouho mit jeste nebudeme. Par kandidatu tu je, pocinaje M-teorii (coz je nadmnozina 5 znamych superstringovych teorii), Loop quantum gravity, non-commutative geometry, kausalni triangulace, Penroseho twistory, t'Hooftovy celularni automatony a desitky dalsich...

Problem je, ze kdyz se zeptate, co ktera teorie predpovida v okoli casupodobne singularity, tak se odpovedi nedockate (a kdyz uz mam byt zly, tak kdyz se zeptate, jak v dane teorii vypada Standardni model + OTR, tak taky ne, v lepsim pripade se dari replikovat cast)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zaujímavá

Vladimír Bzdušek,2023-01-24 16:12:18

Vďaka za Vašu ochotu,
a zakončím to presne tou vetou, ktorou som diskusiu začal:
"Čím viac to skúmame, tým je to zamotanejšie."

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zaujímavá

D@1imi1 Hrušk@,2023-01-24 16:54:51

Pane Naxero, je zajímavé, jak vždy dokážete ta fyzikální témata podat způsobem, že mírně poučený laik (jako já) po přečtení získá pocit, že teď už problematice docela rozumí... a přitom se vždy zcela vyhnete složitým matematickým vztahům, které jsou pro opravdové pochopení té problematiky nezbytné :-)

Odpovědět


Ešte jedmo post scripum

Vladimír Bzdušek,2023-01-26 07:58:17

Zhodou okolností som narazil na popularizačnú prednášku časticového fyzika. Bola excelentná. Po nej boli otázky. Niekto sa pokúšal sformulovať otázku na tému čas/príčina/následok, ale nejak to zamotal, a prednášajúci to zodpovedal tiež tak-nejak. Ja by som otázku sformuloval takto: Ak platí, že čas, priestor, ... etc. vznikli až veľkým treskom, a súčasne platí princíp kauzality, tak veľký tresk musel mať príčinu, ktorá ho v neexistujúcom čase už skôr spôsobila. Čo s tým?
Moja skromná odpoveď:
Študent kozmológie v 37. dimenzii na laboratórnych cvičeniach z vytvárania vesmirov zle namiešal hodnoty základných fyzikálnych konštánt a odborný asistent už nestačil zabrániť katastrofe ...

Odpovědět

stálé a vždy zajímavé překvapení

Josef Nýč,2023-01-21 16:34:50

v teoriích i ve vesmíru, což je velice dobře

Odpovědět


Re: stálé a vždy zajímavé překvapení

Jirka Naxera,2023-01-21 21:42:16

Tady pozor, dabel je skryty v detailech. To, o cem je tento vyzkum je volne prelozeno do cestiny "pokud existuje mechanismus, ktery udrzi vyssi tlak nez degenerovany neutronovy plyn, tak ...".

Problem je, ze takovych mechanismu moc nezname. Asi nejnadejnejsim je https://en.wikipedia.org/wiki/Quark_star kvakove plasma, tam (alespon pred par lety) jsme toho moc nevedeli, neco by mohly naznacit kolize iontu na urychlovacich (RHIC, LHC), pripadne astronomicka pozorovani.

Odpovědět


Re: Re: stálé a vždy zajímavé překvapení

Radoslav Porizek,2023-01-24 20:08:34

Na druhej strane, pokial pridu na to, ze "pokud existuje", tak ako by to malo vyzerat, a pokial nieco take vynimocne sa bude naozaj pozorovat, tak to bude dokaz, ze "existuje".

Odpovědět

Vypadaji jako cerne diry

Jirka Naxera,2023-01-21 15:27:52

Tak me to nedalo, a trochu jsem se podival, jak to ve skutecnosti je. Predne podle tohoto grafu https://en.wikipedia.org/wiki/File:Central_pressure_evolution_of_uniform_density_star.png jsou opravdu male, neco nad 1.1rg. Pro porovnani, fotonova sfera cerne diry je v 2rg, a nejnizsi stabilni orbita 3rg, neboli uplne v klidu vytvori akrecni disk.

Co neni podobne je povrch - ten zjevne bude horky a bude zarit.
dtau^2 = (1-rg/r)dt^2, tam to pro uveritelny r/rg=1.3 vychazi, ze gravitacni rudy posuv je neco kolem 0.5, coz neni zase tak moc, z fialove to udela cervenou. (na samotne hranici je to ~0.3 za spousty predpokladu na stlacenou hmotu) - v obojim pripade za predpokladu mensiho prisunu hmoty do akrecniho disku (ktery to AFAIK vyrazne prezari) by mel byt povrch tim padem pozorovatelny, asi jako ta neutronova hvezda. No budou to mit astronomove tezke tohle najit.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace