Ale ještě před tím než se ponoříme do gravastarů, začněme u procesu kolabujících hvězd.

Každá hmotná hvězda během svého života produkuje energii prostřednictvím jaderné fúze probíhající v jejím nitru, která následně vytváří tlak směřující ven, jenž vyvažuje obrovskou gravitační sílu snažící se hvězdu stlačit.

Jakmile ale velmi hmotné hvězdě dojde palivo, tento jemně vyvážený stav se zhroutí. Vnější tlak zmizí a gravitace začne zcela dominovat. Hvězda se začne rychle smršťovat a podle klasických představ by se nakonec měla zhroutit do singularity: místa, kde je hmota stlačena do extrémních hustot a kde přestávají platit známé fyzikální zákony.

Zde pak vzniká černá díra. Její hranici tvoří horizont událostí, za který se už nemůže dostat žádná informace, ani světlo. Vše, co tuto hranici překročí, se z pohledu vnějšího pozorovatele navždy ztratí.

Proč jsou černé díry pro fyziky stále problém

Přestože černé díry úspěšně vysvětlují mnoho astronomických pozorování, jejich existence přináší i řadu hlubokých teoretických otázek.

Největší problém je samotná singularita. Současné fyzikální teorie totiž nejspíše nedokážou spolehlivě popsat stav, kdy je obrovské množství hmoty stlačeno do prakticky jediného bodu. V takových podmínkách dochází k nekonečnému zakřivení časoprostoru a známé rovnice přestávají dávat smysl.

Ale horizont událostí je na tom podobně. Za touto hranicí nelze přímo pozorovat žádný děj, což znamená, že vědci nemají možnost experimentálně ověřit, co se uvnitř černých děr skutečně odehrává.

Gravastar jako možná alternativa

Kvůli zmíněným problémům se již řadu let objevují alternativní modely, které se snaží vysvětlit konečné stadium gravitačního kolapsu jinak než vznikem černé díry.

Jeden z nejznámějších návrhů je gravastar, což je zkratka z anglického označení „gravitational vacuum star“, v překladu gravitační vakuová hvězda.

Na první pohled by gravastar vypadal téměř stejně jako černá díra. Jeho extrémní gravitace by činila pozorovatelnost prakticky stejně obtížnou. Ale nitro by bylo odlišné.

Zatímco vnější vrstvy gravastaru by tvořila běžná hmota, jeho vnitřek by nebyl vyplněn singularitou. Místo ní by obsahoval jinou formu energie. Řekněme, že v tomto modelu existuje temná energie, a tlak vytvářený z její strany by působil proti gravitaci a zabránil úplnému zhroucení hvězdy. Díky tomu by pak gravastar mohl být téměř stejně hmotný i kompaktní jako černá díra, aniž by obsahoval singularitu nebo horizont událostí.

Nové řešení Einsteinových rovnic

Ačkoliv se o gravastarech diskutuje už více než dvě desetiletí, dlouho chybělo věrohodné vysvětlení, jak by vůbec mohly vzniknout.

Teoretičtí fyzikové Daniel Jampolski a profesor Luciano Rezzolla nyní představili příhodný model, který podle nich poprvé dynamicky popisuje vznik gravastaru přímo z kolapsu velmi hmotné hvězdy. Jejich výpočet vychází z Einsteinovy obecné teorie relativity a nabízí scénář, který dosud v odborné literatuře chyběl.

Podle jejich modelu se během závěrečných fází kolapsu uvnitř hvězdy vytvoří zcela nový miniaturní vesmír.

Malý vesmír uvnitř zhroucené hvězdy

Vědci navrhují, že vznik nového vesmíru by mohl připomínat Velký třesk, který před přibližně 13,8 miliardy let dal vzniknout našemu vlastnímu vesmíru.

Stejně jako dnes temná energie možná urychluje rozpínání našeho vesmíru, poháněla by také rozpínání tohoto nově vzniklého miniaturního vesmíru ukrytého uvnitř kolabující hvězdy.

Jak by se tento vnitřní vesmír rozpínal, začal by vytvářet tlak působící proti gravitačnímu kolapsu. Nakonec by mezi oběma procesy vznikla rovnováha. Hvězda by se přestala dále hroutit a místo černé díry by vznikl stabilní gravastar.

Podle autorů studie tento mechanismus představuje první ucelené vysvětlení otázky, kterou fyzikové řeší už přibližně 25 let: jak by gravastary mohly přirozeně vznikat z běžné hmoty.

Extrémní podmínky mohou skrývat novou fyziku

Daniel Jampolski, který na řešení přišel během své diplomové práce pod vedením profesora Rezzolly, upozorňuje, že celý proces by nezačal hned na počátku kolapsu.

Vznik nového vesmíru by podle něj nastal až ve chvíli, kdy je hvězda už téměř na pokraji přeměny v černou díru. Teprve extrémní hustota hmoty by mohla vytvořit podmínky, v nichž se projeví dosud neznámé fyzikální jevy.

Chování hmoty při tak enormním stlačení je totiž jednou z nejméně probádaných oblastí současné fyziky. Vědci připouštějí, že při těchto extrémních podmínkách mohou vznikat efekty, které dnešní teorie zatím nedokážou popsat.

Černé díry zůstávají nejpravděpodobnějším vysvětlením

Autoři studie zároveň zdůrazňují, že jejich práce není žádný pokus o zpochybnění existence černých děr. Ty podle současných poznatků stále představují nejjednodušší a nejpřirozenější vysvětlení osudu velmi hmotných hvězd.

Podle profesora Luciana Rezzolly je však úkolem teoretických fyziků zkoumat i méně tradiční možnosti. Historie vědy totiž opakovaně ukázala, že často myšlenky, které byly původně považovány za exotické nebo nepravděpodobné, se později staly běžně přijímanou součástí vědeckého poznání.

Nový model proto samosebou nepředstavuje žádný důkaz existence gravastarů, ani v nejmenším, každopádně nabízí první konzistentní teoretický scénář jejich vzniku. Zda se podobné objekty ve vesmíru skutečně nacházejí, ukážou až budoucí astronomická pozorování a další vývoj teoretické fyziky.