Gravastars podem ser uma estrela dentro da outra

Com informações da Universidade Goethe - 21/02/2024

Além de "substituir" os buracos negros, as gravastars poderiam parecer uma boneca matryoshka, como se um corpo celeste existisse dentro de outro.
[Imagem: Jampolski/Rezzolla/Goethe University Frankfurt]

Física dos buracos negros

O interior dos buracos negros continua a ser um enigma para a ciência. Em 1916, o físico alemão Karl Schwarzschild delineou uma solução para as equações da relatividade geral de Albert Einstein, segundo a qual o centro de um buraco negro consiste em uma assim chamada singularidade, um ponto em que o espaço e o tempo já não existem.

Aqui, diz a teoria, todas as leis físicas, incluindo a teoria geral da relatividade de Einstein, já não se aplicam - o princípio da causalidade está suspenso. Isto constitui um grande incômodo para a ciência: Afinal, significa que nenhuma informação pode escapar de um buraco negro, não conseguindo escapar do chamado horizonte de eventos.

Esta pode ser a razão pela qual a solução de Schwarzschild não atraiu muita atenção fora do domínio teórico durante muito tempo. Contudo, por falta de uma descrição melhor, foi ela que sobreviveu depois que o primeiro candidato a buraco negro foi descoberto em 1971, seguido pela descoberta do buraco negro no centro de nossa Via Láctea, na década de 2000 e, finalmente, a primeira imagem de um buraco negro, capturada pelo EHT em 2019.

Saem os buracos negros, entram os gravastars

Em 2001, Pawel Mazur e Emil Mottola propuseram uma solução diferente para as equações de campo de Einstein que levaram à teorização de objetos que eles chamaram de estrelas gravitacionais condensadas, ou gravastars - a palavra é um acrônimo para Gra(vitational) va(cuum) star, e poderia ser traduzida como "gravastrela".

Ao contrário dos buracos negros, as gravastars têm várias vantagens do ponto de vista teórico da astrofísica em comparação com os buracos negros.

Por um lado, as gravastars são quase tão compactas quanto os buracos negros e também apresentam uma gravidade na sua superfície que é essencialmente tão forte quanto a de um buraco negro, assemelhando-se, portanto, a um buraco negro para todos os efeitos práticos. Por outro lado, as gravastars não possuem um horizonte de eventos, ou seja, uma fronteira a partir da qual nenhuma informação pode escapar. Mais interessante ainda, seu núcleo não contém uma singularidade.

Mas as gravastars também têm suas idiossincrasias. Em vez de um horizonte de eventos, o centro das gravastars é composto por uma energia exótica - uma "energia escura" - que exerce uma pressão negativa sobre a enorme força gravitacional que comprime a estrela. E a superfície das gravastars é representada por uma película fina de matéria comum, cuja espessura se aproxima de zero, o que não é algo muito fácil de imaginar.

Existem outras propostas teóricas para "matar" buracos negros, como um corpo celeste esquisitão chamado sóliton topológico.
[Imagem: Heidmann et al. - 10.1007/JHEP08(2022)269]

Gravastars aninhadas

Os físicos teóricos Daniel Jampolski e Luciano Rezzolla, da Universidade Goethe de Frankfurt, na Alemanha, apresentaram agora uma solução para as equações de campo da relatividade geral que implica a existência de um corpo celeste ainda mais bizarro: Uma gravastar dentro de outra gravastar. Eles deram a este hipotético objeto celestial o nome de "nestar" (do inglês nested star, ou estrela aninhada).

"A nestar é como uma boneca matryoshka. Nossa solução para as equações de campo permite toda uma série de gravastars aninhadas," disse Jampolski. Enquanto Mazur e Mottola postulam que a gravastar tem uma pele quase infinitamente fina, que consiste em matéria normal, a casca composta por matéria da nestar é um pouco mais espessa: "É um pouco mais fácil imaginar que algo assim poderia existir," justificou Jampolski.

"É ótimo que, mesmo 100 anos depois de Schwarzschild ter apresentado sua primeira solução para as equações de campo de Einstein a partir da teoria geral da relatividade, ainda seja possível encontrar novas soluções. É um pouco como encontrar uma moeda de ouro ao longo de um caminho que foi explorado por muitos outros antes. Infelizmente, ainda não temos ideia de como tal gravastar poderia ser criada. Mas, mesmo que nestars não existam, explorar as propriedades matemáticas dessas soluções, em última análise, nos ajuda a entender melhor os buracos negros," concluiu Rezzolla.

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