Nueva teoría para las gravastars: unas estrellas como muñecas rusas
Si las estrellas gravitacionales de vacío o gravastars realmente existieran, para un observador distante se verían similares a los agujeros negros. Dos físicos teóricos han encontrado una nueva solución a la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, según la cual las estrellas gravitacionales podrían estructurarse como una muñeca rusa o matrioshka, con una gravastar ubicada dentro de otra. Lo han llamado nestar.
Por la Universidad Goethe de Frankfurt
Según los hallazgos de físicos de la Universidad Goethe de Frankfurt, una gravastar podría parecerse a una muñeca matrioska. Imagen: Daniel Jampolski and Luciano Rezzolla /Goethe University Frankfurt
El interior de los agujeros negros sigue siendo un enigma para la ciencia. En 1916, el físico alemán Karl Schwarzschild esbozó una solución a las ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein, según la cual el centro de un agujero negro está formado por la llamada singularidad. Se trata de un punto en el que el espacio y el tiempo ya no existen.
Allí, dice la teoría, todas las leyes físicas, incluida la teoría general de la relatividad de Einstein, ya no se aplican. Se suspende el principio de causalidad. Esto constituye un asunto espinoso para la ciencia: después de todo, significa que ninguna información puede escapar de un agujero negro más allá del llamado horizonte de sucesos.
Este problemilla podría ser una de las razones por las que la solución de Schwarzschild no atrajo mucha atención fuera del ámbito teórico durante mucho tiempo, es decir, hasta que se descubrió el primer candidato a agujero negro en 1971, seguido por el descubrimiento del agujero negro en el centro de la Vía Láctea, en la década de 2000, y finalmente la obtención en 2019 de la primera imagen de un agujero negro. Esta, recordemos, fue captada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos.
Primera imagen de un agujero negro supermasivo tomada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos en 2019.
En 2001, Pawel Mazur y Emil Mottola propusieron una solución diferente a las ecuaciones de campo de Einstein que dio lugar a objetos que denominaron estrellas gravitacionales de vacío o gravastars. A diferencia de los agujeros negros, las gravastares presentan varias ventajas desde el punto de vista de la astrofísica teórica.
Por un lado, son casi tan compactas como los agujeros negros y también presentan una gravedad en su superficie que es esencialmente tan fuerte como la de un agujero negro, por lo que se asemejan a un agujero negro a efectos prácticos.
La superficie de los gravastars está representada por una delgadísima piel de materia ordinaria, cuyo espesor se aproxima a cero.
Por otro lado, los gravastars no tienen horizonte de sucesos, es decir, una frontera desde la que no se puede enviar información, y su núcleo no contiene una singularidad. En cambio, el centro de las gravastars está formado por una energía exótica –oscura– que ejerce una presión negativa a la enorme fuerza gravitatoria que comprime la estrella. La superficie de los gravastars está representada por una delgadísima piel de materia ordinaria, cuyo espesor se aproxima a cero.
Los físicos teóricos Daniel Jampolski y el profesor Luciano Rezzolla, de la Universidad Goethe de Frankfurt, han presentado una solución a las ecuaciones de campo de la relatividad general que describe la existencia de una gravastar dentro de otra gravastar. A este hipotético objeto celeste le han dado el nombre de nestar (del inglés nested, anidado).
"La nestar es como una muñeca matrioska—dice Jampolski. Y añade:— Nuestra solución a las ecuaciones de campo permite toda una serie de gravastars anidadas". Mientras que Mazur y Mottola postulan que el gravastar tiene una piel delgada casi infinita compuesta de materia normal, la capa del nestar compuesta de materia es algo más gruesa. "Es un poco más fácil imaginar que algo como esto podría existir", comenta Jampolski.
A la caza de los primeros nestares.
"Es fantástico que, incluso cien años después de que Schwarzschild presentara su primera solución a las ecuaciones de campo de Einstein a partir de la teoría general de la relatividad, siga siendo posible encontrar nuevas soluciones —dice Luciano Rezzolla, catedrático de Astrofísica Teórica de la Universidad Goethe. Y añade:— Es un poco como encontrar una moneda de oro a lo largo de un camino que ya ha sido explorado por muchos otros antes. Por desgracia, aún no tenemos ni idea de cómo podría crearse un gravastar de este tipo. Pero aunque los nestares no existan, explorar las propiedades matemáticas de estas soluciones nos ayuda en última instancia a comprender mejor los agujeros negros".
Información facilitada por la Universidad Goethe de Frankfurt
Fuente: Daniel Jampolski, Luciano Rezzolla. Nested solutions of gravitational condensate stars. Classical Quantum Gravity (2024). DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6382/ad2317
