Proces zapadania materii pod wpływem siły grawitacji ma decyduj

Nr wniosku: 211751, nr raportu: 6379. Kierownik (z rap.): dr Anna Ewa Nakonieczna
Proces zapadania materii pod wpływem siły grawitacji ma decydujace
˛ znaczenie zarówno podczas
powstawania obiektów astronomicznych takich jak gwiazdy czy planety, jak i podczas formowania si˛e
struktur we Wszechświecie w małych i dużych skalach przestrzennych. Kolaps grawitacyjny jest ponadto
końcowym etapem ewolucji gwiazd, w wyniku którego powstaje zwarty obiekt astronomiczny, czyli
biały karzeł, gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Opis tego procesu konstruuje si˛e w ramach ogólnej
teorii wzgl˛edności. Kolaps grawitacyjny określa si˛e mianem dynamicznego, ponieważ w momencie jego
rozpocz˛ecia czasoprzestrzeń jest płaska poza ograniczonym obszarem charakteryzujacym
˛
si˛e niewielka˛
krzywizna˛ ze wzgl˛edu na obecność materii.
Astrofizyczne czarne dziury sa˛ rotujace
˛ oraz osiowosymetryczne, a ze wzgl˛edu na obecność plazmy
ośrodka mi˛edzygwiazdowego sa˛ w zasadzie pozbawione ładunku elektrycznego. Modelem teoretycznym
dynamicznej czasoprzestrzeni, w której znajduje si˛e tego rodzaju obiekt jest czasoprzestrzeń zawierajaca
˛
nierotujac
˛ a,˛ sferycznie symetryczna˛ i naładowana˛ elektrycznie czarna˛ dziur˛e. Taka czarna dziura powstaje w rezultacie zapadania pola skalarnego naładowanego elektrycznie. Przeprowadzone badania koncentrowały si˛e na analizie, w jaki sposób modyfikacja oddziaływania grawitacyjnego wynikajaca
˛ z teorii
superstrun, uwzgl˛ednienie sprz˛eżenia fantomowego zapadajacej
˛ si˛e materii z grawitacja˛ oraz obecność
ciemnej materii wpływaja˛ na przebieg i rezultaty kolapsu grawitacyjnego tego rodzaju pola.
Teoria superstrun stanowi prób˛e unifikacji wszystkich znanych oddziaływań z uwzgl˛ednieniem ich
charakteru kwantowego. Czastki
˛
fundamentalne nie sa˛ w jej obr˛ebie opisywane jako czastki
˛
punktowe,
lecz ujawniaja˛ si˛e jako mody drgań wzbudzonych jednowymiarowych obiektów nazywanych strunami.
Teoria ta jest konsystentna w przypadku, gdy jest sformułowana w czasoprzestrzeni posiadajacej
˛ dziesi˛eć wymiarów. Poprawna teoria fizyczna powinna opisywać czasoprzestrzeń posiadajac
˛ a˛ trzy wymiary
przestrzenne i jeden czasowy. W przypadku teorii wyżejwymiarowych tego rodzaju opis otrzymuje si˛e
poprzez kompaktyfikacj˛e odpowiedniej liczby wymiarów prowadzac
˛ a˛ do uzyskania efektywnej teorii
czterowymiarowej. W wyniku tego procesu w czasoprzestrzeni pojawia si˛e dodatkowe pole nazywane
polem dylatonowym. Przeprowadzone badania odnosiły si˛e do wpływu obecności tego pola na rezultaty
rozpatrywanego zapadania grawitacyjnego.
Szereg astronomicznych danych obserwacyjnych umożliwia określenie udziału fotonów i neutrin,
a także materii barionowej i ciemnej materii w całości materii znajdujacej
˛ si˛e we Wszechświecie. Ilość
ciemnej materii obecnie szacuje si˛e na około 26%. Okazało si˛e, iż zgodnie z szeroko obecnie akceptowanym modelem kosmologicznym ΛCDM łaczna
˛
ilość wymienionych rodzajów materii stanowi około 31%
całości. Ze wzgl˛edu na nieznana˛ dotychczas natur˛e pozostałych komponentów Wszechświata określa si˛e
je wspólnym mianem ciemnej energii, której przypisuje si˛e również rol˛e czynnika powodujacego
˛
obecny wzrost tempa jego ekspansji. Rol˛e ciemnej energii może pełnić materia egzotyczna charakteryzujaca
˛
si˛e superujemnym ciśnieniem efektywnym. Pola posiadajace
˛ t˛e własność i stanowiace
˛ jeden z modeli
teoretycznych materii egzotycznej określa si˛e mianem pól charakteryzujacych
˛
si˛e fantomowym sprz˛eżeniem z grawitacja.˛ W ramach przeprowadzonych badań określono wpływ obecności tego rodzaju pól
oraz ciemnej materii na badany dynamiczny kolaps grawitacyjny.