Proponen un nuevo modelo matemático que permite la existencia teórica de gravastares.
|
La gravedad es, sin duda, una fuerza muy distinta a todas las demás. Entre otras cosas es la más débil de todas las fuerzas. Basta frotar un trozo de plástico con un paño para que atraiga por electricidad estática a pequeños trozos de papel, frente a la gravedad provocada por un planeta entero. El electromagnetismo es mucho más poderoso que la gravedad, además permite la existencia de átomos, de moléculas, de química y de la vida. La fuerza fuerte permite la existencia de los núcleos atómicos y de las reacciones nucleares. Sin esta fuerza no habría elementos, sólo una sopa de partículas. La fuerza nuclear débil es responsable de las desintegraciones y, aunque es concebible un Universo con vida sin ella, también es fundamental.
Pero la fuerza que construye el Universo a gran escala es la gravedad. Quizás, el problema de los últimos 100 años de la Física teórica haya sido desarrollar una teoría del todo en la que la gravedad esté en pie de igualdad a las demás fuerzas. Puede que todo sea un producto de nuestra mente, de nuestros prejuicios de llamar «fuerza» a entes que son muy distintos.
Pese a que la gravedad es débil, el crecimiento de masa-energía hace que esta fuerza termine al final ganando a cualquier otra cosa, salvo, quizás, a la energía oscura.
En una estrella hay tal acumulación de masa que la gravedad es inmensa. Una estrella es una esfera de plasma en equilibrio. La agitación de las partículas del interior, debido a la elevadísima temperatura, provoca una presión hacia el exterior que contrarresta la gravedad e impide el colapso. Si la estrella se enfría, la gravedad contrae la estrella y aumenta la temperatura de su núcleo.
La estrella puede ir pasando a fusionar elementos cada vez más pesados hasta que no puede más. Si se trata de una estrella ligera como el Sol, o aún más pequeña, la estrella termina saliendo de la secuencia principal y se torna una gigante roja, mientras que su núcleo se transformará en una enana blanca que finalmente será una enana negra una vez se enfríe del todo.
Si tiene suficiente masa, las reacciones de fusión llegan hasta el hierro, cuya fusión no proporciona energía y, por tanto, no se genera calor y no se puede impedir el colapso por gravedad. Parte de la masa en caída libre rebota empujada con un gran flujo de neutrinos en lo que constituye una supernova de tipo II. El resto tendrá un final que dependerá de la masa restante del remanente que haya quedado. Si es poca masa se obtiene una estrella de neutrones, básicamente un objeto de unos 10 km con una densidad de núcleo atómico bajo una gravedad intensísima. Las partículas de la estrella de neutrones (básicamente neutrones) impiden el colapso debido al principio de exclusión de Pauli a ser fermiones.
Pero si la masa es superior a esa masa, entonces se supone que no hay nada que impida el colapso total y se forma un agujero negro, una singularidad de densidad infinita alrededor de la cual la curvatura del espacio también se ha hecho infinita y que esté rodeada por un horizonte de sucesos que impide al resto del Universo contemplar dicha singularidad. Debido a la curvatura del espacio que rodea al agujero, básicamente con forma de embudo afilado, nada que cruce el horizonte puede volver a salir, ni siquiera la luz.
Un agujero negro parece el inevitable fin de las estrellas de gran masa. El único más allá de una estrella de neutrones es el agujero negro. Sin embargo, desde hace un par de décadas se viene especulando con la posibilidad de un caso intermedio: un gravastar o una estrella negra, unos objetos ultradensos e iguales a un agujero negro en apariencia, pero sin singularidad central ni horizonte de sucesos.
En principio se sugirieron estos entes como una solución al problema de destrucción de información que representan los agujeros negros y tema sobre el que, a día de hoy, no hay una solución satisfactoria.
La cuestión es si realmente ese tipo de objetos se pueden formar y cómo. Para ello se necesita algún mecanismo que pare el colapso irremediable.
Ahora, Raúl Carballo-Rubio (Escuela Internacional de estudios avanzados de Italia) publica un estudio que proporciona un nuevo modelo que podría permitir la existencia de una alternativa a los agujeros negros.
Como todos sabemos ya, la teoría cuántica de campos permite la existencia fluctuante de partículas virtuales que llenan el espacio y que aparecen y desaparecen continuamente. De este modo, el vacío no está vacío del todo.
En estudios previos se comprobó que bajo las energías implicadas en los colapsos antes descritos, estas partículas virtuales pueden polarizarse y disponerse entre ellas según sus propiedades a la manera como lo pueden hacer un conjunto de imanes.
Carballo-Rubio calculó que la polarización de estas partículas puede producir un efecto colateral que generaría una fuerza que es de repulsión en lugar de atracción, algo similar a como funciona la energía oscura. Esta fuerza impediría el colapso total y la formación de un agujero negro tradicional. En su lugar se produciría un gravastar.
El efecto repulsivo se basa en que cuando las partículas virtuales están polarizadas, el vacío que ocupan tiene energía negativa y esta energía negativa curva el espacio en sentido contrario a la masa-energía tradicional.
En otros modelos previos se llegaba a dos casos distintos. En uno de ellos un vacío de este tipo que estaría rodeado de una concha de materia, en lo que sería un gravastar propiamente dicho. Otro modelo sugería un objeto constituido materia y energía de vacío entrelazados formando lo que se ha llamado una estrella negra. En ambos casos se trataría de objetos muy densos que curvarían fuertemente el espacio que los rodease, afectado a la luz que pasara cerca. Serían bastante indistinguibles de un agujero negro tradicional, sobre todo por su negrura.
El modelo de Carballo-Rubio da como resultado un objeto mixto o híbrido entre esos dos objetos, uno en el que la materia y el vacío cuántico polarizado se extienden por el espacio, pero con la materia más concentrada en la capa externa que en el núcleo central.
Este resultado proporciona una nueva solución a las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General para objetos ultradensos en colapso que son distintas a las típicas de los agujeros negros y que no presenta singularidades ni horizontes de sucesos.
Puede que este tipo de objetos exóticos sean matemáticamente posibles, eso no significa necesariamente que existan en la Naturaleza. No está claro que un remanente estelar pueda evolucionar hasta tener este tipo de estructura. Y, si se alcanza, tampoco está claro que sea estable y que más tarde no se produzca un colapso hacia un agujero negro. Además, no se sabe si el efecto es o no lo suficientemente intenso como para permitir la suficiente presión que se oponga a la gravedad.
La mejor manera de comprobar si este tipo de objetos existen en la realidad es a través de las ondas gravitacionales (OG) que se generarían en el choque entre dos de ellos y que se podrían detectar ahora con LIGO y Virgo. Al no haber horizonte de sucesos en este caso, las OG generadas rebotarían sobre ellos (en lugar de ser absorbidas), produciendo ecos que podrían ser registrados. Ecos que en los eventos detectados hasta ahora no se han visto, pero que podrán verse en el futuro.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=6065 [1]
Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Copia en ArXiv. [3]
Ilustración: Multiplication by Infinity.