Que sont les GEODE?

Question

Les chercheurs de Phys.org prédisent l'emplacement d'un nouveau candidat pour une mystérieuse énergie sombre, selon laquelle les GEODE peuvent expliquer le problème de l'énergie sombre. Je ne suis pas astronome mais je n'ai jamais entendu parler des GEODE. Je sais ce que signifient les lettres mais qu'est-ce qu'un GEODE physiquement. GEODE est des objets génériques d'énergie noire (GEODE).

Answer 1

Avertissement: je suis le Dr Kevin Croker, auteur principal de la série ApJ en question. Je travaille sur les aspects formels de la théorie relativiste des perturbations. Je pense que la meilleure façon de répondre à votre question est de répondre à toutes les réponses des commentateurs. Je viens de créer ce compte SE pour vous répondre, donc je n'ai pas encore une réputation suffisante pour répondre en commentaire.

(Pour ELNJ) Les solutions d'énergie sombre sont omniprésentes en GR, bien que la seule grand public vienne de Mottola (LANL) et Mazur (Caroline du Sud) et s'appelle un «gravastar». De telles solutions étaient principalement d'intérêt théorique jusqu'à ce que les détections de LIGO soulèvent la possibilité d'une différenciation expérimentale par rapport aux trous noirs classiques.

Mon conseiller m'avait demandé de me prononcer sur un débat de réaction cosmologique entre Nick Kaiser et Istvan Szapudi à l'Institut d'astronomie (IfA). Au cours de cette enquête, étant donné les bonnes propriétés, j'ai réalisé que ces sortes d'objets d'énergie sombre pourraient devenir cosmologiquement couplés. Parce qu'il semblait que la solution gravastar spécifique de Mottola & Mazur ne se couplerait pas, mais que d'autres solutions le pouvaient, j'avais besoin d'un nouveau nom pour la classe plus large des «objets contenant de l'énergie noire». Donc, mon co-auteur et moi avons trouvé GEODE dans la section 3.4 dehttps://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab32da

Le nom est censé être un jeu sur les géodes géologiques, bien qu'avec le recul, c'était peut-être stupide. Les géodes géologiques n'ont pas l'air spécial à l'extérieur (cf GEODE ressemblent à des BH classiques), sont vides au milieu (cf GEODEs contiennent de l'énergie sombre, qui s'appelait autrefois "vide lourd"), et ont de beaux cristaux sur le bord intérieur (cf GEODEs une couche de transition qui peut contenir des quantités extrêmes de spin).

Il y a la distinction technique qu'une GEODE est une solution cosmologique. Ainsi, les objets DE qui sont asymptotiquement plats doivent être compris comme des modèles GEODE limités à un laps de temps court par rapport à$1/H(a)$, où $H(a)$ est le taux de Hubble au facteur d'échelle $a$.

(Pour euh)

Ce podcast ne traite pas des GEODE, seulement de la constante cosmologique. Un ancien scénario GEODE (plus techniquement, un scénario GEODE Population III) imite une constante cosmologique, mais peut être distingué par l'observation. Les signatures incluent une corrélation du temps de retour avec le pic du taux de formation d'étoiles cosmiques, essentiellement la figure 4 dehttps://arxiv.org/abs/1612.07245 , et un signal Sachs-Wolfe intégré modifié (nous écrivons maintenant l'article).

(Pour antispinwards) Comme jmh le soupçonne, le nom ne vient pas de '66. Pour autant que j'ai pu le dire d'après la littérature, l'idée date de l'article de Gliner de 1966 "Propriétés algébriques du tenseur d'énergie-impulsion et états de la matière de type vide". Cet article est étrangement lucide et court. Je le cite:

«Cela soulève la pensée que dans un état ultradense de la matière, avec les baryons tellement comprimés que les champs de mésons qui assurent l'interaction entre eux (répulsion!) Ne peuvent pas être produits, un milieu continu se forme dans lequel les conditions correspondent à une attraction entre éléments matériels et sont décrits phénoménologiquement par une pression négative .... Il semblerait qu'une pression négative devrait conduire à une instabilité interne, et que s'il n'y a pas de forces volumiques du type de la répulsion électrostatique, cela conduirait à une contraction sans mais ce n’est pas vrai. »

Gliner le prouve ensuite avec les conditions de conservation. Il termine avec,

«Le processus hypothétique que nous avons considéré est intéressant en rapport avec le problème de l'état final de la matière qui a subi un effondrement gravitationnel. Selon les idées développées ici, cet état est un $\mu$-vide."

$\mu$-le vide est ce que nous appellerions aujourd'hui «l'énergie noire».

(pour jmh) Ces objets sont "moins découverts" que les trous noirs. Les objets que LIGO voit tournent certainement, ce qui signifie que ce sont des solutions de type Kerr. À l'heure actuelle, il n'y a pas de GEODE de type Kerr connu. Cela ne veut pas dire qu'il n'existe pas, mais c'est plus difficile à construire.

Fait intéressant, contrairement aux trous noirs statiques, il n'y a pas de source connue pour un trou noir de Kerr, c'est-à-dire une solution de matière que vous pouvez "coller" dans les "mauvais endroits" et faire fonctionner les choses. Afaik, l'état de l'art est décrit par exemple par Posadahttps://academic.oup.com/mnras/article/468/2/2128/3059158. Ici, un gravastar à rotation lente (un type spécifique de GEODE, considéré seulement pendant une courte période de temps) est d'accord avec Kerr lors de la première étape du calcul. En ce sens, un GEODE fournit la première source plausible pour l'intérieur d'une solution Kerr.

Loin d'une GEODE, vous vous trouvez dans une solution cosmologique. Loin d'un trou noir, vous vous retrouvez dans un espace vide. Cela rend les trous noirs beaucoup plus faciles à utiliser, en tant que modèles. Dans tous les autres endroits où nous attendons astrophysiquement un trou noir, vous pourriez le remplacer par un GEODE et ne rien bouleverser ou en fait soulager les tensions (par exemple, des masses de quasar à z élevé, de grandes masses observées par LIGO). Ces propriétés sont discutées danshttps://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab5affSection 2.1. Contrairement aux trous noirs, les GEODE d'effondrement stellaire peuvent atteindre naturellement des centaines de Msol, voir Figure 2. Incidemment, notre équipe a prédit des systèmes comme GW190521, 7 semaines avant l'arrivée de l'événement aux détecteurs de LIGO. Cela peut être trouvé dans la pré-impression arxiv du papier ApJ @https://arxiv.org/abs/1904.03781v1 , texte sous l'équation (15) et la figure 2.