El Big Bang dentro de una estrella: cómo se forma una "gravastar", una estrella de vacío gravitacional

Los físicos de la Universidad Goethe utilizan la Teoría General de la Relatividad de Einstein para explicar la formación de estrellas ultracompactas.

Por lo tanto, el colapso de una estrella al final de su ciclo de vida podría dar lugar no solo a un agujero negro, sino también a una estrella ultracompacta —una llamada gravastar— que se asemeja a un agujero negro desde el exterior.

Esta es la conclusión a la que han llegado dos físicos teóricos de la Universidad Goethe. Han descubierto una solución a las ecuaciones de la Relatividad General de Einstein según la cual el colapso gravitacional de una estrella no tiene por qué terminar necesariamente en un agujero negro. Según sus cálculos, podría formarse un nuevo mini universo dentro de la estrella en colapso. El Big Bang invertiría las enormes fuerzas gravitacionales y daría origen a una gravastar repleta de energía oscura.

Las estrellas brillan porque los átomos se fusionan en su interior, liberando energía. Cuando una estrella muy masiva agota su combustible nuclear, la presión de la radiación ya no puede contrarrestar la gravedad. La estrella colapsa entonces bajo su propia masa hasta que solo queda un punto: la singularidad.

Si bien la formación de un agujero negro parece plausible, estos agujeros siguen planteando grandes desafíos para la ciencia. ¿Cómo pueden diez mil millones de masas solares concentrarse en un único punto minúsculo? ¿Cómo puede el espacio-tiempo curvarse infinitamente en ese punto, la singularidad? En esta etapa, las leyes de la física dejan de ser válidas, lo que hace imposible predecir lo que sucede. Además, los agujeros negros ocultan toda la información a la observación: todo, incluida la luz, desaparece irremediablemente más allá del horizonte de sucesos.

Lleno de energía oscura

Por lo tanto, es posible que los agujeros negros sean en realidad objetos completamente diferentes, como estrellas ultracompactas, invisibles debido a su intensa gravedad y denominadas gravastars. Además de la materia ordinaria presente en sus capas exteriores, estarían llenas de energía oscura, que ejerce una presión hacia afuera y estabiliza su masa, la cual tiende a colapsar. Las gravastars son más fáciles de aceptar para los físicos que los agujeros negros, ya que no poseen singularidad ni horizonte de sucesos y, sin embargo, son casi tan masivas y compactas como estos. Lo que seguía sin estar claro, sin embargo, era cómo podrían formarse tales gravastars en la práctica.

Los físicos teóricos Daniel Jampolski y Luciano Rezzolla han presentado por primera vez una solución dinámica a las ecuaciones de campo de la Relatividad General de Albert Einstein que describe el colapso de una estrella, el cual podría dar lugar a la formación de un gravastar. La solución muestra que el colapso podría desencadenar la creación de un miniuniverso dentro de la materia colapsada, muy similar al Big Bang del que surgió nuestro universo. Al igual que el nuestro, su expansión está impulsada por la energía oscura. De esta forma, la expansión del nuevo universo contrarresta las fuerzas gravitatorias y detiene el colapso de la estrella antes de que se forme un agujero negro. En este proceso, se establece un equilibrio entre el miniuniverso en expansión y la materia colapsada, y este equilibrio es lo que da lugar a un gravastar estable. Con esta solución a la Relatividad General, los físicos de Frankfurt han proporcionado la primera respuesta a una pregunta que los científicos han debatido durante 25 años: ¿cómo se forman los gravastars durante el colapso de la materia ordinaria?

Espacio para una nueva física

Daniel Jampolski, quien descubrió la solución en su tesis de maestría dirigida por Luciano Rezzolla, explica: «El Big Bang del universo emergente puede desarrollarse una vez que la estrella ya se ha colapsado casi hasta convertirse en un agujero negro». El comportamiento aún sin resolver de la materia extremadamente comprimida abre la puerta a una nueva física: «Es más fácil imaginar que el Big Bang ocurre solo en una etapa muy tardía, cuando la materia ya se ha comprimido a un grado extremo, dando lugar así a nuevos efectos».

Rezzolla, catedrático de Astrofísica Teórica en la Universidad Goethe, añade: «Buscar alternativas a los agujeros negros no debería implicar escepticismo hacia ellos, que siguen representando la solución más natural y sencilla al destino del colapso gravitacional. Sin embargo, como científicos en general, y como físicos teóricos en particular, es fundamental mantener una perspectiva objetiva ante lo que desconocemos y, por lo tanto, explorar tanto las teorías aceptadas como las interpretaciones más exóticas. La historia nos enseña que no es raro que estas últimas se conviertan en las primeras».

Fuente: Universidad Goethe