Almanya Goethe Üniversitesi bünyesinde yürütülen çalışma, ölen bir yıldızın çökerek kara deliğe dönüşmek yerine merkezinde oluşan karanlık enerjinin genişleyerek çöküşü durdurabildiğini ve kararlı bir gravastara dönüşebildiğini öne sürüyor. Araştırmacıların geliştirdiği formüle göre; yıldızın toplam kütlesinin başlangıç yarıçapına bölünmesiyle hesaplanan sıkışıklık oranı 3/8’i aşarsa yıldız mutlak bir kara deliğe dönüşürken, bu kritik sınırın altında kalan yıldızlar çöküşü durdurarak gravastara dönüşebiliyor.
Yıldızlar hidrojen ve helyum gibi nükleer yakıtlarını tükettiklerinde kütle çekimini dengeleyen iç basınç ortadan kalkar ve kendi içine doğru çöker. Standart modele göre yıldızlar iki şekilde çökebilir: İlkinde çekirdek aşırı yoğun bir nötron yıldızına sıkışabilir. Dev yıldızların süpernova patlamasıyla infilak etmesinden geriye kalan bu yapılar, evrenin en yoğun ve küçük gök cisimleri. İkinci olarak; yıldızlar kara deliğe dönüşebilir. Kara deliklerde ışık da dahil olmak üzere hiçbir şeyin kaçamayacağı ve bütün bilgilerin gözlemden geri döndürülemez şekilde saklandığı “olay ufku” adı verilen aşılmaz bir sınır bulunuyor.
“Gravitasyonel vakum yıldızı” kelimelerinin birleşimi olarak tanımlanan gravastarlar kuramsal üçüncü bir seçenek. Kurama göre; yıldızın sıkışıklık oranı 3/8 limitinin altındaysa yıldız karanlık bir tekilliğe sıkışmak yerine içeriden gelen itici kuvvetle tam sınırda dengeleniyor ve kararlı bir yapı halini alıyor.
Gravastar fikrinin ortaya atılmasının üzerinden 25 yıl geçmesine rağmen bu kozmik cisimlerin doğada gerçekten oluşup oluşmayacağı büyük bir soru işaretiydi. Önceki çalışmalar çoğunlukla gravastarların kararlı bir yapı olarak var olabileceğini gösteriyordu ancak sıradan bir yıldızın çöküşü sırasında bu yapının nasıl ortaya çıkabileceğini açıklayamıyordu.
Jampolski ve Rezzolla, Gravastarı açıklamak için yeni fizik kuralları geliştirmek yerine evrenin işleyişini açıklayan kurallardan biri olan Albert Einstein’ın genel görelilik kuramına dayanan “Oppenheimer Snyder Çöküşü” modelini kullandı. Astrofizikte sıkça kullanılan model, kütlesi belirli bir sınırı aşan yıldızın kendi kütle çekiminin etkisi altında nasıl bir kara deliğe dönüşeceğini tanımlıyor. Normal şartlarda yıldızın sonunu kara deliğe götüren bu modeli araştırmacılar, kendi içine çöken yıldızın tam merkezine genişleyen bir karanlık enerji çekirdeği yerleştirerek değiştirdi.
Denklemi tam tersi uyguladılar
Uzmanlar çöken bir yıldızdan başlayarak işin sonunda bir gravastar oluşup oluşmayacağını tahmin etmenin zor olduğunu belirtiyor. Jampolski ve Rezzolla, formülleri zamanda geriye doğru entegre ederek çalıştırmayı denedi. Çöküşün durduğu ve dengenin (gravastarın) tam oluştuğu final anını matematiksel olarak başa koydular. Daha sonra denklemleri geriye doğru sararak “Böyle bir sonucun ortaya çıkması için en başta çöken yıldızın enerji yoğunluğu ve eğriliği tam olarak ne olmalıydı?” sorusuna cevap aradılar.
Fizikçiler, sistemi üç ayrı bölge olarak modelledi. İç bölge, kütle çekimine karşı koyarak dışa doğru itici bir kuvvet (negatif basınç) yaratan karanlık enerjiyle dolu ve dışa doğru genişleme eğilimindeki çekirdekten oluşuyor. Orta bölge, kendi kütle çekimi altında içe doğru çöken yıldız maddesini temsil ediyor. Dış bölge ise yıldızın çevresindeki boş uzaydan oluşuyor. Araştırmacılar bu üç bölgenin birbirleriyle nasıl etkileştiğini belirlemek için genel görelilikteki “eklem koşulları” (junction conditions) adı verilen sınır denklemlerini kullandı. Bu denklemler, dışa doğru genişleyen karanlık enerji ile içe çöken yıldız maddesinin karşılaştığı sınırda fiziksel etkileşimi hesaplıyor.
Hesaplamalara göre, içteki karanlık enerji bölgesi dışarı doğru genişlemeye çalışırken, çevresindeki yıldız maddesi aynı anda içeri doğru çökmeye devam ediyor. Bu iki bölgenin karşılaştığı sınırda radyal basınç (merkezden dışarıya doğru gerçekleşen itme gücü) sürekliliği bozuluyor ve bunun sonucunda yüzey gerilimi ile teğetsel basınç (merkezden dışarıya doğru değil, yüzeye paralel ve dairesel olarak etki eden basınç) ortaya çıkıyor. Bu gerilim, fiziksel olarak sınır tabakasında oluşan bir direnç mekanizması görevi görüyor.
Karanlık enerjinin negatif basıncı sistemi dışarı doğru itmeye çalışırken çöken maddenin kütle çekimi ve sınırda oluşan teğetsel basınç bu genişlemeye karşı koyuyor. Araştırmacıların hesaplamalarına göre belirli koşullar altında bu zıt etkiler birbirini tam olarak dengeleyebiliyor. Böylece karanlık enerji bölgesi kontrolsüz biçimde büyüyemiyor, yıldız maddesi de iç bölge tarafından yutulmuyor. Bunun yerine madde, sınırda ince ve yoğun bir kabuk halinde birikiyor. Sonuçta sistem ne tamamen çöküyor ne de tamamen genişliyor. İçeriden dışarı iten negatif basınç ile dışarıdan içeri yönelen kütle çekimi ve yüzey geriliminin dengelenmesiyle kararlı bir yapı ortaya çıkıyor. “Gravastar” olarak adlandırılan cisim de tam olarak bu kuvvet dengesinin ürünü oluyor.
Çalışma, Einstein’ın genel görelilik teorisini yani mevcut yerçekimi yasalarını hiç bozmadan uzayda kara delik sanılan devasa kütlelerin aslında gravastar olabileceğini gösteriyor. Yani kara deliğin merkezindeki sonsuz yoğunlukta (tekillikte) fizik yasaları neden çöküyor sorusu ortadan kalkabilir.
Kaynak: Physical Review D