Релятивістські сферично-симетричні астрофізичні об'єкти зі скалярними полями

Жданов В. Релятивістські сферично-симетричні астрофізичні об'єкти зі скалярними полями. Вісник київського національного університету імені Тараса Шевченка. Астрономія. 2024. Вип. 1/2(69/70). С. 29-35.

Інтерес до "екзотичних" моделей астрофізичних компактних об'єктів обумовлений проривними можливостями спостережень, які з'явилися в останні кілька років. Нині події детектування гравітаційних хвиль від злиття чорних дір реєструють уже десятками. Надихаючими є перспективи довгохвильового гравітаційного детектора LISA. Значний інтерес викликають дослідження "тіні" надмасивних чорних дір за допомогою глобальної інтерферометричної системи "телескоп горизонту подій". Цінну інформацію дають і традиційні рентгенівські дослідження акреційних дисків навколо чорних дір. Нові спостережні можливості стимулюють теоретичні роботи, які аналізують можливості застосування "екзотичних" моделей для опису релятивістських зірок і чорних дір. Видатні теоретики Ч. Мізнер, К. Торн і Дж. Уілер писали, що актуальність цих робіт пов'язана і з тим, "щоб було із чимось порівняти айнштайнівську теорію і більш контрастно показати її переваги".
Водночас загальна теорія відносності (ЗТВ) має свої внутрішні проблеми та межі застосування, і це стимулює вивчати гравітаційно-релятивістські ефекти, зокрема в межах альтернативних теорій гравітації. Зазначимо, що є спостережні факти (проблеми площинності, горизонту та ін.), які не мають пояснення в межах Стандартної космологічної моделі, що базується на ЗТВ. Вони знаходять розв'язання в припущенні про інфляційний період розширення Всесвіту, що потребує або модифікувати ЗТВ, або доповнити Стандартну модель додатковими типами взаємодій. У цих доповненнях типовим елементом розгляду є скалярне поле. Наявність скалярного поля в статичній системі призводить, зазвичай, до появи голої сингулярності (ГС). Наявність ГС – це виклик для ЗТВ та її можливості передбачати майбутнє. Саме тому Р. Пенроуз запропонував відому гіпотезу "космічної цензури", за якою ГС не існують у реальному Всесвіті. Ця гіпотеза є досить популярною, але її строгого доведення або заперечення досі не існує. Натомість, ГС (якщо вони існують) могли б бути ідеальними лабораторіями для тестування фундаментальних взаємодій в екстремальних умовах, оскільки в околі ГС інваріанти кривини мають сягати планківських величин.
У цьому огляді розглянуто моделі астрофізичних конфігурацій із нелінійними мінімально зв'язаними скалярними полями, які можуть імітувати звичайні чорні діри. Основну увагу приділено статичним сферично-симетричним системам з асимптотично-плоским простором-часом. Необхідним елементом такого розгляду є ГС, що виникають у випадку часто вживаних скалярно-польових потенціалів. Обговорено гіпотезу космічної цензури, сферичні сингулярності та проблеми стійкості відносно лінійних збурень.