ما هو غرافاستار في فيزياء الكم

إن غرافاستار هو كائن افتراضي ناتج عن افتراض قيود مادية حقيقية على تكوين الثقوب السوداء، إذ لم يكن معروفًا وجود هذه الحدود مثل الطول المنفصل والكميات الزمنية عندما تم وضع نظرية للثقوب السوداء في الأصل، لذا فإن مفهوم غرافاستار هو محاولة لتحديث النظرية من خلال دمج ميكانيكا الكم، إن مصطلح غرافاستار مشتق من الكلمات (Gravitational Vacuum Star).

ما هو غرافاستار

يعرف النجم غرافاستار بأنه كائن مفترض في الفيزياء الفلكية من قبل  العلماء باول أومازور وإميل موتولا، إذ يعتبر بديل لنظرية الثقب الأسود، حيث أن لها ثقب أسود متري معتاد خارج الأفق وفي الأفق هناك قشرة رقيقة من المادة، ويعد مصطلح غرافاستار هو عبارة عن اختصار لمجموعة من الكلمات، وهو يعرف بنجم الفراغ الثقالي.

بنية غرافاستار

• تحتوي بنية غرافاستار على منطقة مركزية تتميز بفراغ كاذب أو طاقة مظلمة وقشرة رقيقة من سائل مثالي وفراغ حقيقي في الخارج، يمنع السلوك الشبيه بالطاقة المظلمة للمنطقة الداخلية الانهيار إلى التفرد، كما أن وجود الغلاف الرقيق يعمل على منع تشكيل أفق الحدث وتجنب الانزياح الأزرق اللامتناهي، إذ لا تحتوي المنطقة الداخلية من الناحية الديناميكية الحرارية على إنتروبيا، وقد يُنظر إليها على أنها جاذبية بوز-آينشتاين.

• إن الانزياح الشديد للفوتونات باللون الأحمر أثناء صعودها من بئر الجاذبية من شأنه أن يجعل غلاف السائل يبدو شديد البرودة أيضًا، حيث يكاد أن يكون صفرًا مطلقًا، وبالإضافة إلى الصيغة الأصلية للقشرة الرقيقة تم اقتراح غرافاستار بضغط مستمر، حيث يجب أن تحتوي هذه الكائنات على إجهاد متباين الخواص.

• خارجيًا يبدو غرافاستار مشابهًا للثقب الأسود، حيث إنه مرئي من خلال الإشعاع عالي الطاقة الذي ينبعث منه أثناء استهلاك المادة وبواسطة إشعاع هوكينغ الذي يخلقه، يبحث علماء الفلك في السماء عن الأشعة السينية المنبعثة من المادة المتساقطة للكشف عن الثقوب السوداء، إذ ينتج غرافاستار توقيعًا متطابقًا، ومن الممكن أيضًا إذا كانت القشرة الرقيقة شفافة للإشعاع أن يتم تمييز نجم غرافاستار عن الثقوب السوداء العادية بخصائص عدسات ثقالية مختلفة، حيث قد تمر الجيوديسية الفارغة.

• يقترح العالمان مازور وموتولا أن الخلق العنيف لغرافاستار قد يكون تفسيرًا لأصل كون البشرية والعديد من الأكوان الأخرى لأن كل المادة من النجم المنهار سوف تنفجر من خلال الثقب المركزي وتنفجر إلى بُعد جديد وتتوسع إلى الأبد، وهو ما يتوافق مع النظريات الحالية المتعلقة بالانفجار العظيم، حيث يمارس هذا البعد الجديد ضغطًا خارجيًا على طبقة بوز-آينشتاين المتكثفة ويمنعها من الانهيار أكثر.

• يمكن أن توفر غرافاستار أيضًا آلية لوصف كيفية تسريع الطاقة المظلمة من تمدد الكون، حيث تستخدم إحدى الفرضيات المحتملة إشعاع هوكينغ كوسيلة لتبادل الطاقة بين الكون الأم والكون الطفل، وبالتالي تتسبب في تسارع معدل التوسع ولكن هذه المنطقة تخضع للكثير من التكهنات، قد يوفر تكوين غرافاستار تفسيرًا بديلاً للانفجارات المفاجئة والشديدة لأشعة غاما في جميع أنحاء الفضاء.

• بالمقارنة مع الثقوب السوداء من خلال أخذ فيزياء الكم في الاعتبار تحاول فرضية غرافاستار حل التناقضات التي تسببها نظريات الثقوب السوداء التقليدية.

آفاق الحدث في غرافاستار

في غرافاستار أفق الحدث غير موجودة، حيث ستقع طبقة مائع الضغط الإيجابي خارج أفق الحدث مباشرةً، حيث يتم منعها من الانهيار الكامل بفعل الفراغ الداخلي الزائف، ونظرًا لغياب أفق الحدث فإن الإحداثيات الزمنية للهندسة الفراغية الخارجية تكون صالحة في كل مكان.

الاستقرار الديناميكي للغرافاستار

في عام 2007 أشار العمل النظري إلى أنه في ظل ظروف معينة فإن نماذج جرافاستار، وكذلك نماذج الثقب الأسود البديلة الأخرى ليست مستقرة عند تدويرها، حيث أظهر العمل النظري أيضًا أن بعض النجوم الدوارة مستقرة بافتراض سرعات زاوية معينة وسماكة غلاف وانضغاط.

من الممكن أيضًا أن تكون بعض نجوم غرافاستار غير المستقرة رياضياً مستقرة ماديًا على مدى فترات زمنية كونية، إن الدعم النظري لجدوى غرافاستار لا يستبعد وجود الثقوب السوداء كما هو موضح في دراسات نظرية أخرى.

غرافاستار بديل للثقوب السوداء

تم طرح فرضية نجم غرافاستار في الأصل بواسطة مازور وموتولا في عام 2004، حيث أن كلمة غرافاستار تعني حرفيًا (Gravitational Vacuum Condensate Star) وهو من الناحية النظرية عبارة عن امتدادًا لمكثف بوز-آينشتاين، وتم طرحه كجزء من أنظمة الجاذبية، وفي النهاية من المفترض أن تقف كبديل للثقوب السوداء.

إحدى فوائد نجم غرافاستار هي أنه إذا كان الثقب الأسود العادي هو الانتروبيا، فإن النماذج المقبولة حاليًا للثقوب السوداء تجعلها ذات قيمة إنتروبيا كبيرة جدًا، ومن ناحية أخرى تمتلك غرافاستار نسبة منخفضة جدًا من الانتروبيا، وتذهب النظرية إلى أنه عندما ينهار النجم أكثر بعد نقطة انحلال النيوترون فإن الجسيمات تسقط في حالة بوز-آينشتاين، حيث يقترب النجم بأكمله من الصفر المطلق ويكون قادرًا على أن يصبح مضغوطًا للغاية، ونتيجة لذلك تعمل كذرة عملاقة مكونة من بوزونات.

غرابة المرحلة التالية

يُعتقد أن الجزء الداخلي من غرافاستار قد يكون ضمن زمن دي سيتر زمكان، مما يعني أن لديها طاقة فراغية موجبة والتي يمكن أن تؤدي إلى ضغط سلبي داخلي، إن معظم العمليات الحسابية التي تشرح هذا النموذج الجديد للثقب الأسود معقدة للغاية وتتطلب عدة صفحات من الملاحظات، حيث يمكن استخدام النص المرتبط لرؤية هذه المعلومات.

في الوقت الحالي يكفي التصريح بأن هذا النموذج النظري يتكون من خمس طبقات مختلفة تقوم ببناء غرافاستار، حيث يخلق الزمكان بفاعلية الضغط السلبي الذي يمنع غرافاستار من الانهيار جنبًا إلى جنب مع بعض التركيبات الرياضية الأخرى.

بدلاً من استخدام معادلات مجال أينشتاين لحساب أفق الحدث للثقب الأسود طرح مازور وموتولا أن أفق الحدث كما هو معروف هو في الواقع الغلاف الخارجي لمادة بوز-آينشتاين لكن هذا ليس بعد الآن، إن أي شيء يتلامس معه يصبح جزءًا منه على غرار المادة التي تصطدم بنجم نيوتروني وتتحلل إلى نيوترونات بسبب البيئة.

على مدى السنوات القليلة الماضية حظي هذا النموذج بمزيد من الاهتمام كمنافس لنموذج الثقب الأسود الحالي، ومع ذلك لا يزال لديها متابعة صغيرة فقط في المخطط الكبير للأشياء، وكما ذكر سابقًا هذه ليست نظرية أحبها أينشتاين شخصيًا كبديل لنظرية الثقب الأسود القياسية ولكن إذا أراد تعلم أي شيء من أخطئه عبر التاريخ عندما يتعلق الأمر بالعلم فهو بحاجة حقًا إلى الاحتفاظ عقل منفتح، فما قد يبدو غريبا اليوم قد يكون حقيقة غدا.