Se le stelle condensate gravitazionali, dette gravastar, esistessero realmente, per un osservatore distante sarebbero simili ai buchi neri.

Due fisici teorici dell’Università Goethe di Francoforte hanno trovato una nuova soluzione per la teoria della relatività generale di Albert Einstein, secondo la quale le stelle gravitazionali, chiamate gravastar, potrebbero essere strutturate come una matrioska russa, con una stella situata all’interno di un’altra. Contro l’idea di una stella che collassa fino a divenire un oggetto di densità infinita, generando una singolarità nello spazio-tempo, la teoria delle gravastar afferma che, quando un oggetto va incontro a collasso gravitazionale, nella regione di spazio in cui si trova si determinerebbe una transizione di fase quantistica che argina il collasso definitivo. La stella si trasforma infine in una bolla sferica di vuoto, carico di energia oscura, che viene racchiusa da una crosta di materia iperdensa.

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Dai buchi neri alle gravastar

Buco nero
Rappresentazione artistica di un buco nero. Credit: NASA/ESA and G. Bacon (STScI)

L’interno dei buchi neri rimane un enigma per la scienza. Nel 1916, il fisico tedesco Karl Schwarzschild delineò una soluzione alle equazioni della relatività generale di Albert Einstein, secondo la quale il centro di un buco nero è costituito da una cosiddetta singolarità, un punto in cui lo spazio e il tempo non esistono più. Qui, dice la teoria, tutte le leggi fisiche, inclusa la teoria generale della relatività di Einstein, non si applicano più; il principio di causalità è sospeso. Ciò costituisce una grande seccatura per la scienza: significa infatti che da un buco nero oltre il cosiddetto orizzonte degli eventi non può fuoriuscire alcuna informazione.

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Questo potrebbe essere un motivo per cui la soluzione di Schwarzschild non attirò molta attenzione al di fuori dell’ambito teorico per molto tempo, cioè fino alla scoperta del primo candidato per un buco nero nel 1971, seguita dalla scoperta del buco nero al centro di la nostra Via Lattea negli anni 2000, e infine la prima immagine di un buco nero, catturata dall’Event Horizon Telescope Collaboration nel 2019.

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Nel 2001, Pawel Mazur ed Emil Mottola proposero una soluzione diversa alle equazioni di campo di Einstein che portò a oggetti che chiamarono “stelle condensate gravitazionali”, o gravastars. Contrariamente ai buchi neri, le gravastar presentano diversi vantaggi dal punto di vista dell’astrofisica teorica. Da un lato, sono compatti quasi quanto i buchi neri e mostrano anche una gravità sulla loro superficie che è essenzialmente forte quanto quella di un buco nero, somigliando quindi a un buco nero a tutti gli effetti.

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D’altra parte, le gravastar non hanno un orizzonte degli eventi, cioè un confine dal quale non può essere inviata alcuna informazione, e il loro nucleo non contiene una singolarità. Il centro delle gravastars è invece costituito da un’energia esotica, quella oscura, che esercita una pressione negativa sull’enorme forza gravitazionale che comprime la stella. La superficie delle gravastar è rappresentata da una sottilissima pelle di materia ordinaria, il cui spessore si avvicina allo zero.

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Una matrioska

Secondo le scoperte dei fisici dell’Università Goethe di Francoforte, una gravastar potrebbe assomigliare a una bambola matrioska. Creidit: Daniel Jampolski e Luciano Rezzolla, Università Goethe di Francoforte

I fisici teorici Daniel Jampolski e il Prof. Luciano Rezzolla dell’Università Goethe di Francoforte hanno ora presentato una soluzione alle equazioni di campo della Relatività Generale che descrive l’esistenza di una gravastar all’interno di un’altra gravastar. Hanno dato a questo ipotetico oggetto celeste il nome “nestar” (dall’inglese “nested”).

Daniel Jampolski, che ha scoperto la soluzione come parte della sua tesi di laurea supervisionata da Luciano Rezzolla, afferma: “La nestar è come una matrioska”, aggiungendo che “la nostra soluzione alle equazioni di campo consente tutta una serie di gravastar annidate”. Mentre Mazur e Mottola presuppongono che la gravastar abbia una pelle sottile quasi infinita costituita da materia normale, il guscio composto da materia del nestar è un po’ più spesso: “È un po’ più facile immaginare che qualcosa di simile possa esistere”.

Luciano Rezzolla, professore di astrofisica teorica all’Università Goethe, spiega: “È fantastico che anche 100 anni dopo che Schwarzschild presentò la sua prima soluzione alle equazioni di campo di Einstein dalla teoria della relatività generale, sia ancora possibile trovare nuove soluzioni. È un po’ come trovare una moneta d’oro lungo un percorso già esplorato da molti altri. Sfortunatamente, non abbiamo ancora idea di come sia stata creata una simile gravastar. Ma anche se i nestar non esistessero, esplorare le proprietà matematiche di queste soluzioni ci aiuterà in definitiva a comprendere meglio i buchi neri”.

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Fonte: Università di Francoforte, IOPScience