Quando estrelas gigantes morrem, elas não simplesmente desaparecem. Eles entram em colapso, deixando para trás um remanescente estelar comprimido, geralmente do tamanho de uma metrópole, que é uma bola superdensa de nêutrons chamada estrela de nêutrons.
A maioria dos teóricos acredita que, em casos excepcionais, uma estrela gigante moribunda forma um buraco negro - um ponto de "singularidade" com densidade virtualmente infinita e um campo gravitacional tão poderoso que nem mesmo há luz, a coisa mais rápida do universo.
O novo estudo oferece uma ideia alternativa de que objetos hipotéticos, como estrelas negras ou gravastares, podem existir no meio do caminho entre as estrelas de nêutrons e os buracos negros. Nesse caso, os corpos estelares exóticos deveriam ser quase idênticos aos buracos negros, exceto por uma circunstância fundamental - eles não absorvem luz irrevogavelmente.
Existem boas razões para procurar tais alternativas, porque os buracos negros levantam muitos problemas teóricos. Por exemplo, suas singularidades estão supostamente ocultas por fronteiras invisíveis conhecidas como horizontes de eventos. Jogue algo em um buraco negro e, assim que passar pelo horizonte de eventos, desaparecerá para sempre. Mas existem leis da física que sugerem que a informação não pode ser destruída, incluindo a informação codificada dentro de qualquer coisa que caia em buracos negros.
Modelos de estrelas negras e gravastares desenvolvidos nas últimas duas décadas sugerem que esses objetos não terão singularidades e horizontes de eventos. Mas ainda não está claro se esses objetos podem realmente se formar e permanecer estáveis.
Uma nova pesquisa do físico teórico Raul Carballo-Rubio, da Escola Internacional de Pesquisa Avançada da Itália, propõe um mecanismo que permite a existência de estrelas negras e gravastars.
O cientista investigou um fenômeno incomum conhecido como polarização quântica a vácuo. A física quântica, que dá uma descrição melhor de como todas as partículas subatômicas conhecidas se comportam, assume que a realidade é incerta, limitando a precisão com que você pode saber as propriedades das unidades mais básicas da matéria - por exemplo, você nunca pode saber absolutamente a posição e o momento de uma partícula na mesma mesmo tempo. Uma estranha consequência dessa incerteza é que o vácuo nunca está completamente vazio, mas possui as chamadas "partículas virtuais" que oscilam continuamente à medida que entram e saem da existência.
Vídeo promocional:
Com uma quantidade gigantesca de energia liberada pela explosão de uma enorme estrela, essas partículas virtuais podem polarizar ou ordenar dependendo de suas propriedades, assim como os ímãs têm pólos norte e sul. Carballo-Rubio calculou que a polarização dessas partículas pode criar um efeito surpreendente dentro dos poderosos campos gravitacionais de estrelas gigantes moribundas - um campo que repele, não atrai.
De acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein, a curvatura material e energética do espaço-tempo leva à formação de campos gravitacionais. Planetas e estrelas têm uma quantidade positiva de energia e os campos gravitacionais resultantes são atraentes por natureza.
“Porém, quando as partículas virtuais são polarizadas, o vácuo que ocupam pode, em média, ter energia negativa e deformar o espaço-tempo de tal forma que o campo gravitacional associado torna-se repulsivo”, diz Carballo-Rubio.
Isso, é claro, poderia prevenir a formação de um buraco negro. Este fenômeno faz com que remanescentes estelares relativamente leves formem estrelas de nêutrons em vez de buracos negros. Seus campos gravitacionais não são fortes o suficiente para destruir nêutrons na singularidade.
Dois modelos anteriores sugeriram que a gravidade repulsiva poderia causar o colapso de remanescentes estelares para formar buracos negros. Em vez disso, um dos restos estelares simulados formou gravastars - objetos preenchidos com um vácuo quântico coberto por uma fina casca de matéria. Outro modelo sugeriu que esses colapsos resultaram em estrelas negras, onde a matéria e o vácuo quântico se alternam em toda a estrutura em equilíbrio cuidadoso. Ambos os objetos ainda possuem campos gravitacionais poderosos que distorcem profundamente a luz, fazendo-os parecer tão escuros quanto buracos negros.
De acordo com Carballo-Rubio, anteriormente havia muita incerteza sobre as propriedades das estrelas negras e gravastars. Em um novo trabalho, ele criou uma estrutura matemática que incorpora os efeitos da gravidade repulsiva em equações que descrevem a expansão e a contração das estrelas. Anteriormente, acreditava-se que isso só poderia ser interpretado com a ajuda de computadores. Seu novo modelo pressupõe a existência de um híbrido de estrela negra e gravastar - um objeto onde matéria e vácuo quântico são distribuídos por toda a estrutura, mas com matéria em concentrações mais altas no envelope do que no núcleo.
A pesquisa está publicada na revista Physical Review Letters.
