Tajemnicza osobliwość

5. Protogwiazdy, zewnętrznie zapadające się obiekty, ciemne gwiazdy...

Tzw. gravastar Mazura i Mottola zbudowana jest z próżni fizycznej zanurzonej w bezpróżniowej skorupie. Materia spadająca na gravastar uderza w skorupę i emituje znacznie więcej energii niż mogłaby wytworzyć, gdyby spadała na czarną dziurę. Podobnie wyglądałyby obiekty zapadające się zewnętrznie, przewidziane przez indyjskiego fizyka Abhasa Mitrę. Analizował on fizyczne znaczenie czasoprzestrzeni wewnątrz horyzontu zdarzeń i doszedł do zaskakującego wniosku, że „sferyczne zapadanie się cieczy fizycznej w ogólnej teorii względności nie dopuszcza powstawania zamkniętych powierzchni”. Oznaczałoby to, że spadający badacz nigdy nie przekroczy żadnej zapadni, w przeciwieństwie do współczesnego rozumienia teorii czarnych dziur. Tak więc promień każdego zapadającego się ciała będzie większy od promienia grawitacyjnego. Te dwa przykłady pokazują, że nie wykluczone, iż nawet geometryczna grawitacja może tworzyć obiekty relatywistyczne o promieniach zbliżonych do horyzontu zdarzeń, lecz które nie są prawdziwymi czarnymi dziurami.

Ponadto, aby świat był bardziej interesujący nawet bez czarnych dziur, teoria pola przewiduje istnienie relatywistycznych ciemnych gwiazd, które są stabilne i bardzo małe, o promieniu zbliżonym do promienia Schwarzschilda. Ich istnienie można uzasadnić za pomocą ogólnych argumentów fizycznych, lecz ich szczegółowe właściwości pozostają nieznane. Gdyby istniały te ciemne obiekty, byłyby egzotyczną klasą ciał niebieskich, chociaż nie tak niezwykłą jak czarne dziury.

Wyróżniającą właściwością ciemnej gwiazdy jest to, że siła grawitacji na jej powierzchni nie tylko pozostaje skończona, ale maleje z rosnącą masą (maksymalne przyspieszenie gmax= c^4/GM, gdzie M jest masą gwiazdy). W czarnych dziurach o dowolnej masie siła grawitacji na promieniu Schwarzschilda jest zawsze nieskończona. Z powodu skończonej siły grawitacji ciemne gwiazdy mogą w zasadzie mieć masy większe od 3 mas Słońca, czyli granicy Oppenhei-mera-Volkoffa między gwiazdami neutronowymi i czarnymi dziurami.

Inną różnicą między ciemną gwiazdą a czarną dziurą jest to, że ta pierwsza nie posiada żadnego jednokierunkowego horyzontu, lecz powierzchnię materialną, a prędkość ucieczki jest mniejsza, choć niewiele, od prędkości światła. Światło wychodzące z ciemnej gwiazdy traci prawie całą swoją energię z powodu silnego poczerwienienia grawitacyjnego i gwiazda jest praktycznie niewidoczna. Jeśli jednak taka gwiazda przyciąga otaczający gaz, to duża część masy spoczynkowej gazu może być zamieniona na promieniowanie i wtedy byłaby bardzo jasna. Dzięki temu „zewnętrznie zapadające się obiekty” i „ciemne gwiazdy” stają się dalekimi kuzynami „gravastars”. Są konkurentami czarnych dziur podczas interpretacji obserwowanych zjawisk promieniowania o wysokiej energii. Teoretycy mogą dyskutować o istnieniu takich obiektów, lecz jedynie obserwacje mogą wykazać, które z nich występują w naturze.