Una solución recientemente desarrollada a las ecuaciones centrales de la teoría más revolucionaria de Albert Einstein sugiere que estrellas hipotéticas llamadas “nestars” podrían formarse a partir de estrellas gravitacionales apiladas, o “gravastars”, como las muñecas rusas, también conocidas como matrioshkas. Una de las cosas más impresionantes de la teoría de la gravedad de Einstein de 1915, la relatividad general, es la cantidad de objetos cósmicos increíbles que han predicho sus ecuaciones centrales.
Además de predecir que la gravedad surge de objetos de masa que curvan el tejido del espacio-tiempo, la relatividad general generó teorías sobre los agujeros negros y las ondas que crean en ese tejido llamadas ondas gravitacionales. La existencia de ambas cosas ha sido confirmada mediante la observación; Los anti-agujeros negros llamados agujeros blancos y los “agujeros de gusano” que potencialmente los vinculan con los agujeros negros son otras ideas basadas en la relatividad general que, sin embargo, se han mantenido puramente teóricas. Sólo el tiempo dirá si Einstein puede volver a tener razón en ese frente.
Con ese fin, otra idea teórica que surgió de la relatividad general en 2001 es el concepto de “gravastars”, o cuerpos compactos con núcleos de energía oscura. La energía oscura es la fuerza que parece estar acelerando la expansión del universo. En las gravastars, los científicos creen que la energía oscura ejercería una presión negativa para proteger a las estrellas contra sus propias fuerzas gravitacionales internas.
Y ahora, una nueva solución a la relatividad general sugiere otro aspecto interesante de las llamadas gravastars. Podrían apilarse, uno dentro del otro, para crear una secuencia de “nestars”.
“La nestar es como una muñeca matrioska; nuestra solución a las ecuaciones de campo permite toda una serie de gravastars anidadas”, dijo en un comunicado uno de los desarrolladores de soluciones, el físico teórico de la Universidad Goethe, Daniel Jampolski.
Conoce los gravastars (como los agujeros negros, pero diferentes)
Apenas un año después de que la teoría de la relatividad general fuera dada a conocer a la comunidad científica en general, y mientras servía en la primera línea de la Primera Guerra Mundial, el físico alemán Karl Schwarzschild desarrolló la primera solución a sus ecuaciones de campo, asombrando incluso a Einstein, quien creía que una solución tomaría años para desarrollarse. Dentro de la solución de Schwarzschild había dos características que eventualmente darían origen al concepto de agujero negro. El físico alemán predijo que, a un cierto radio de un cuerpo con masa, la velocidad necesaria para escapar de ese cuerpo tendría que aumentar a más que la velocidad de la luz.
Para la mayoría de los cuerpos, este llamado radio de Schwarzschild estaría muy por debajo de su superficie; para el sol, por ejemplo, estaría situado a 3 kilómetros del corazón de nuestra estrella, que tiene un radio total de 700.000 kilómetros. Pero, si una estrella pudiera colapsar y su radio se redujera por debajo del radio de Schwarzschild, esto daría como resultado un cuerpo con un límite exterior del que ni siquiera la luz podría escapar. Esto llevó al concepto de horizonte de sucesos de un agujero negro.
Aún más curioso, la solución de Schwarzschild sugirió que podría haber un punto en el que la materia sea tan densa que incluso las propias ecuaciones de la relatividad general deban descomponerse. Esto se conoció como la singularidad central de un agujero negro, donde todas las teorías físicas conocidas dejan de tener significado.
Estos conceptos se verificaron en 1971 cuando la humanidad descubrió el primer agujero negro, seguido en la década de 2000 por el descubrimiento de que una potente fuente de radio en el corazón de la Vía Láctea es de hecho un agujero negro supermasivo con una masa 4,5 millones de veces la del sol. Este enorme vacío en nuestra galaxia se llama Sagitario A* (Sgr A*.)
La forma visual de los agujeros negros, tal como la pinta la relatividad general, también fue increíblemente confirmada en 2019 cuando la colaboración telescópica Event Horizon reveló al público una imagen de un anillo brillante de material alrededor del agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia Messier 87.
Pawel Mazur y Emil Mottola teorizaron en 2001 sobre las gravastars, o “estrellas de condensado gravitacional”, como una alternativa a los agujeros negros. Desde la perspectiva de los físicos teóricos, las gravastars tienen varias ventajas sobre los agujeros negros. Son casi tan compactas como los agujeros negros y tienen una influencia gravitacional en su superficie que es esencialmente tan fuerte como la de un agujero negro, por lo que guardan un gran parecido. Pero existen diferencias clave. Por un lado, los gravastars no tienen horizontes de eventos y, por lo tanto, no sellan la luz y, por lo tanto, la información, detrás de una “pantalla” unidireccional. En segundo lugar, no habría una singularidad en los corazones de los gravastars, que en cambio se cree que tienen corazones de energía oscura.
Esta receta de gravastars preparada por Mazur y Mottola incluye una piel casi infinitamente delgada de materia ordinaria que es difícil de explicar para los científicos. Las nestars eliminan esto, sugiriendo que la parte de “apilamiento” conduciría a una capa de materia algo más gruesa.
“Es un poco más fácil imaginar que algo como esto pueda existir”, dijo Jampolski.
Sin embargo, por supuesto, el hecho de que las ecuaciones de campo de la relatividad general permitan que exista algún objeto en el cosmos no significa que el objeto deba existir.
“Desafortunadamente, todavía no tenemos idea de cómo se pudo crear tal gravastar”, dijo en el comunicado Luciano Rezzolla, codesarrollador de la teoría nestar y físico teórico de la Universidad Goethe. “Pero incluso si las nestars no existen, explorar las propiedades matemáticas de estas soluciones nos ayuda en última instancia a comprender mejor los agujeros negros”.
Investigaciones como esta también son útiles, incluso si la teoría principal no da resultado, porque revela maravillosas avenidas que nacen de una teoría que se consideró por primera vez hace más de un siglo.
“Es fantástico que incluso 100 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, todavía sea posible encontrar nuevas soluciones”, concluyó Rezzolla. “Es un poco como encontrar una moneda de oro en un camino que muchos otros han explorado antes”.
Esta investigación fue publicada el 15 de febrero en la revista Classical and Quantum Gravity.
Fuente: Science Alert.
