نجم مثل دمية ماتريوشكا: عالما فيزياء نظرية يقدمان نظرية جديدة لنجوم “الجرافاستار”!

في تطور علمي مثير يُعيد رسم حدود معرفتنا بالكون، قدم عالما الفيزياء النظرية، دانييل جامبولسكي والبروفيسور لوتشيانو ريزولا، من جامعة جوته في فرانكفورت، حلًا جديدًا للمعادلات المتعلقة بالنسبية العامة. يتناول هذا الحل وصفًا لوجود نجم جرافاستار "Gravastar" داخل نجم جرافاستار آخر، وأطلقوا على هذا الجسم السماوي الافتراضي اسم "nestar" - من الكلمة الإنجليزية "nested" أو متداخل. حيث يُعتبر هذا الاكتشاف خطوة هامة في فهم الثقوب السوداء والتحديات التي تطرحها على القوانين الفيزيائية الحالية.

يُعتبر الغموض الذي يلف الجزء الداخلي للثقوب السوداء لغزًا مستمرًا يحير العلماء. ففي عام 1916، قدم الفيزيائي الألماني كارل شوارزشيلد حلًا لمعادلات النسبية العامة التي وضعها ألبرت أينشتاين، مفسرًا بذلك أن مركز الثقب الأسود يتألف من "التفرد"، وهو الموقع الذي ينعدم فيه وجود الزمان والمكان. وفقًا لهذه النظرية، تفقد القوانين الفيزيائية، بما فيها النسبية العامة لأينشتاين، صلاحيتها عند هذه النقطة، ويتم تعليق مبدأ السببية.

ويشكل هذا مصدر إزعاج كبير للعلم، إذ يشير إلى أنه من المستحيل خروج أي معلومات من الثقب الأسود، خارج ما يعرف بأفق الحدث. هذا السبب ربما يفسر عدم إثارة حل شوارزشيلد لاهتمام كبير خارج النقاشات النظرية، حتى تم اكتشاف أول مرشح لثقب أسود في عام 1971، تلاه العثور على ثقب أسود في مركز مجرتنا، درب التبانة، في بدايات القرن الحادي والعشرين، وأخيرًا التقاط أول صورة لثقب أسود في العام 2019.

بينما اقترح كل من باول مازور وإميل موتولا في عام 2001، حلًا بديلًا لمعادلات النسبية العامة لأينشتاين يفضي إلى ظهور ما أطلق عليه اسم نجوم الجرافاستار (Gravastars).

وعلى عكس الثقوب السوداء، تتمتع نجوم جرافاستار بالعديد من المزايا من منظور الفيزياء الفلكية النظرية. فهي تمتلك درجة من الكثافة تقارب كثافة الثقوب السوداء وتظهر جاذبية سطحية تعادل تقريبًا جاذبية الثقوب السوداء، مما يجعلها مشابهة للثقوب السوداء من الناحية العملية. ومع ذلك، لا تحتوي نجوم الجرافاستار على أفق حدث ولا تفرد في جوهرها.

بدلًا من ذلك، يتألف مركز نجم الجرافاستار من طاقة غامضة مظلمة تمارس ضغطًا سلبيًا على قوة الجاذبية الهائلة التي تضغط على النجم. ويُمثل سطح نجم الجرافاستار بطبقة رقيقة جدًا من المادة العادية تكاد تكون بسمك الصفر.

ومؤخرًا، قدم كل من دانييل جامبولسكي والبروفيسور لوتشيانو ريزولا من جامعة جوته في فرانكفورت حلًا جديدًا لمعادلات النسبية العامة يصف وجود نجم جرافاستار داخل نجم جرافاستار آخر، وأطلقا على هذا الافتراض اسم "نستار".

أوضح ذلك دانييل جامبولسكي، في الدراسة التي نُشرت في مجلة "Classical and Quantum Gravity"، قائلًا: "يُشبه النستار دمية الماتريوشكا، حيث يسمح حلنا لمعادلات المجال بوجود سلسلة كاملة من نجوم الجرافاستار المتداخلة". وبينما يفترض مازور وموتولا وجود غلاف رقيق جدًا لنجم الجرافاستار يتألف من مادة عادية، يكون الغلاف المكوّن للنستار أكثر سمكًا بعض الشيء. وأضاف: "من الأسهل قليلًا أن نتخيل إمكانية وجود شيء مثل هذا".

ويعقب لوتشيانو ريزولا على هذا الاكتشاف بالقول: "من المدهش أنه بعد مرور مائة عام على تقديم شوارزشيلد لحله الأول لمعادلات أينشتاين، ما زلنا نجد حلولًا جديدة. يُشبه الأمر العثور على عملة ذهبية جديدة في طريق سبق وأن استكشفه الكثيرون. ومع ذلك، لا زلنا بدون أدنى فكرة عن كيفية تشكّل هذه النجوم، ولو أن نجوم الجرافاستار لم تكن موجودة بالفعل، فإن استكشاف الخصائص الرياضية لهذه الحلول قد يساعدنا في نهاية المطاف على فهم الثقوب السوداء بشكل أفضل".