Cuando las estrellas gigantes mueren, no desaparecen simplemente. Colapsan, dejando atrás un remanente estelar comprimido, generalmente del tamaño de una metrópoli, que es una bola superdensa de neutrones llamada estrella de neutrones.
La mayoría de los teóricos creen que, en casos excepcionales, una estrella gigante moribunda forma un agujero negro, un punto de "singularidad" con una densidad prácticamente infinita y un campo gravitacional tan poderoso que ni siquiera hay luz, la cosa más rápida del universo.
El nuevo estudio ofrece una idea alternativa de que objetos hipotéticos como estrellas negras o gravastars podrían existir a medio camino entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros. Si es así, los cadáveres estelares exóticos deberían ser casi idénticos a los agujeros negros, excepto por una circunstancia clave: no absorben la luz de manera irrevocable.
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Hay buenas razones para buscar tales alternativas porque los agujeros negros plantean muchos problemas teóricos. Por ejemplo, sus singularidades están supuestamente ocultas por límites invisibles conocidos como horizontes de eventos. Si arroja algo a un agujero negro, tan pronto como pase por el horizonte de eventos, desaparecerá para siempre. Pero hay leyes de la física que sugieren que la información no se puede destruir, incluida la información codificada dentro de cualquier cosa que caiga en agujeros negros.
Los modelos de estrellas negras y gravastars desarrollados durante las últimas dos décadas sugieren que estos objetos no tendrán singularidades ni horizontes de eventos. Pero aún no está claro si tales objetos realmente pueden formarse y permanecer estables.
Una nueva investigación del físico teórico Raúl Carballo-Rubio de la Escuela Internacional de Investigación Avanzada en Italia propone un mecanismo que permite que existan estrellas negras y gravastars.
El científico investigó un fenómeno inusual conocido como polarización cuántica de vacío. La física cuántica, que ofrece la mejor descripción de cómo se comportan todas las partículas subatómicas conocidas, asume que la realidad es incierta, lo que limita la precisión con la que se pueden conocer las propiedades de las unidades más básicas de la materia; por ejemplo, nunca se puede conocer con absoluta certeza la posición y el momento de una partícula en una misma partícula. Mismo tiempo. Una extraña consecuencia de esta incertidumbre es que el vacío nunca está completamente vacío, sino que tiene las llamadas "partículas virtuales" que oscilan continuamente a medida que entran y salen de la existencia.
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Con una cantidad gigantesca de energía liberada por la explosión de una estrella enorme, estas partículas virtuales pueden polarizarse u ordenarse según sus propiedades, al igual que los imanes tienen polos norte y sur. Carballo-Rubio calculó que la polarización de estas partículas puede crear un efecto asombroso dentro de los poderosos campos gravitacionales de las estrellas gigantes moribundas: un campo que se repele, no se atrae.
Según la teoría general de la relatividad de Einstein, la curvatura material y energética del espacio-tiempo conduce a la formación de campos gravitacionales. Los planetas y las estrellas tienen una cantidad positiva de energía y los campos gravitacionales resultantes son de naturaleza atractiva.
“Sin embargo, cuando las partículas virtuales están polarizadas, el vacío que ocupan puede, en promedio, tener energía negativa y doblan el espacio-tiempo de tal manera que el campo gravitacional asociado se vuelve repulsivo”, dice Carballo-Rubio.
Esto, por supuesto, podría evitar la formación de un agujero negro. Este fenómeno hace que remanentes estelares relativamente ligeros formen estrellas de neutrones en lugar de agujeros negros. Sus campos gravitacionales no son lo suficientemente fuertes como para destruir neutrones en la singularidad.
Dos modelos anteriores sugirieron que la gravedad repulsiva podría hacer que los restos estelares colapsen para formar agujeros negros. En cambio, uno de los restos estelares simulados formó gravastars: objetos llenos de un vacío cuántico cubierto con una fina capa de materia. Otro modelo sugirió que estos colapsos dieron como resultado estrellas negras, donde la materia y el vacío cuántico se alternan en toda la estructura en un cuidadoso equilibrio. Ambos objetos todavía tienen poderosos campos gravitacionales que distorsionan profundamente la luz, haciéndolos parecer tan oscuros como agujeros negros.
Según Carballo-Rubio, anteriormente existía una gran incertidumbre sobre las propiedades de las estrellas negras y gravastars. En un nuevo trabajo, creó un marco matemático que incorpora los efectos de la gravedad repulsiva en ecuaciones que describen la expansión y contracción de las estrellas. Anteriormente, se creía que esto solo podía interpretarse con la ayuda de computadoras. Su nuevo modelo asume la existencia de un híbrido de una estrella negra y una gravastar, un objeto donde la materia y el vacío cuántico se distribuyen por toda la estructura, pero con la materia en concentraciones más altas en la envoltura que en el núcleo.
La investigación se publica en la revista Physical Review Letters.
