Uma parte fundamental da astrofísica diz respeito à forma como os buracos negros de massa estelar se formam. Quando uma estrela várias vezes mais massiva que o nosso Sol fica sem combustível para a fusão, a pressão externa da fusão diminui e eventualmente não é suficiente para neutralizar a pressão gravitacional interna da massa da estrela. A pressão interna assume o controle e a estrela entra em colapso em um ponto chamado singularidade: Nasce um buraco negro.
Porém, há um problema com esta imagem. Relatividade geral (GR) funciona bem para explicar o que está acontecendo até que a singularidade se forme. É aí que surge a questão. Como pode tanta massa ser condensada em um único ponto minúsculo? E como pode o espaço-tempo curvar-se infinitamente? GR não tem resposta.
Este é o ponto onde o GR entra em colapso. Isso não invalida GR de outras maneiras, apenas que GR passou do ponto em que explica legitimamente. (Gravidade Quântica A teoria é uma tentativa de descobrir onde a GR falha.)
Novas pesquisas sugerem que a GR ainda pode explicar o que acontece quando uma estrela entra em colapso. Afirma que, em vez de buracos negros, as estrelas em colapso produzem outro tipo de estrela que imita um buraco negro: um Gravester. A tese é “Formação de gravador“E está publicado na Physical Review D. Os autores são Daniel Zampolski e Luciano Rezolla, ambos da Goethe University Frankfurt.
Existem diferentes tipos de buracos negros para distinguir. Buracos negros padrão são o que as pessoas costumam dizer quando discutem buracos negros. Eles têm um horizonte de eventos e uma singularidade. Mas existe outro tipo chamado “buraco negro regular”. São versões modificadas de buracos negros padrão. Eles têm horizontes de eventos padrão, mas não possuem singularidade. Alguns os descreveram como “interiores bem comportados”, onde a curvatura do espaço-tempo é finita e não viola a GR.
Basicamente, um buraco negro padrão tem uma singularidade, o que é um problema para GR. Um buraco negro regular não tem singularidade e não quebra GR, mas ainda tem um horizonte de eventos, o que é um problema. O paradoxo da informação do buraco negro.
Isso leva ao chamado Gravaster, uma espécie teórica de “simulador horizontal”, uma classe de buracos negros teóricos sem horizontes ou singularidades. Eles não quebram GR.
Um Gravaster é uma estrela ultracompacta com excesso de massa que não pode ser vista como um buraco negro porque nenhuma luz consegue escapar. Mas eles diferem em aspectos importantes. Suas camadas externas são feitas de matéria bariônica normal, mas seu interior está cheio de energia escura. É a pressão externa da energia escura que os estabiliza internamente. Os físicos consideram essas soluções mais palatáveis porque não têm singularidade que rompa GR, nem horizonte de eventos e o paradoxo da informação que surge disso. Mas como eles se formam?
“Buracos negros regulares e imitadores de buracos negros sem horizonte oferecem alternativas matematicamente consistentes para enfrentar os desafios colocados pelos buracos negros padrão”, escreveram os autores. “No entanto, o mecanismo de formação destes objetos alternativos ainda não é claro e constitui um problema em aberto significativo porque a compreensão da sua estrutura dinâmica representa o primeiro passo na avaliação da sua existência.”
Dois pesquisadores desenvolveram uma solução para a equação GR de Einstein que poderia levar a uma estrela gravitacional. Na solução deles, um miniuniverso é criado dentro da estrela quando ela entra em colapso. Isto é semelhante à criação do nosso universo no Big Bang. A expansão do nosso universo é impulsionada pela energia escura, e a energia escura dentro do Gravaster também fornece uma força expansiva. A energia escura interrompe o colapso antes que a Singularidade seja formada, e o equilíbrio resultante cria o Gravaster.
*Um miniuniverso em expansão dentro de uma estrela em colapso. A energia escura poderia levar este miniuniverso a criar um Gravaster, uma alternativa a um buraco negro que não quebra a relatividade geral. Crédito da imagem: Daniel Zampolski e Luciano Rezolla, Goethe University Frankfurt*
Os físicos se perguntam há décadas como a matéria estelar comum pode entrar em colapso e se transformar em um gravador, e esta é a primeira resposta para esse problema. Surpreendentemente, Zampolski descobriu a solução em sua tese de mestrado, tendo Rezolla como orientador.
“O Big Bang do universo nascente pode acontecer quando a estrela já tiver colapsado quase ao ponto de se tornar um buraco negro”, disse o autor principal Zampolski num comunicado de imprensa. “É fácil imaginar que o Big Bang ocorre apenas numa fase muito tardia, quando a matéria já se comprimiu a um grau extremo, dando origem a novos efeitos.”
Rezolla, que é professor de astrofísica teórica na Universidade Goethe, acrescentou: “Procurar uma alternativa aos buracos negros não deve levar ao cepticismo em relação aos buracos negros, que ainda representam a solução mais natural e simples para o destino do colapso gravitacional.
No entanto, existe um problema importante para resolvê-los. Para que isso funcione, é necessário um ajuste fino, o que significa que as coisas precisam estar certas para formar um gravador. Por exemplo, a esfera usada em teoria exige que o material seja perfeitamente uniforme e livre de tensões. Esta é uma situação ideal que os autores admitem ser um problema.
Outro problema é que embora o Gravaster tenha atingido o equilíbrio estável, ele não é estável. A casca ainda pode sofrer espalhamento radial. Isso significa que uma pequena perturbação, como um fóton perdido, pode fazer com que o Gravaster entre em colapso e se transforme em um buraco negro padrão com singularidade. Como é formado será irrelevante. Gravesters serão criados, mas não durarão mais do que um instante. Nesse caso, os Gravasters não são objetos astrofísicos realmente diferentes dos buracos negros padrão; Em vez disso, constituem um passo adicional e transitório no processo que cria buracos negros.
Outra questão talvez seja mais prosaica. Mesmo que existam Gravasters, como podemos diferenciá-los dos buracos negros padrão?
Essa pergunta está no final de uma longa lista de outras perguntas esperando para serem respondidas.
