Una recente soluzione della teoria più rivoluzionaria di Albert Einstein, suggerisce che alcune stelle chiamate Nestars potrebbero nascere da stelle gravitazionali impilate Gravastars come delle bambole matrioska. Una delle cose più impressionanti della teoria della gravità di Einstein, la relatività generale, è proprio il numero di incredibili oggetti cosmici previsti dalle sue equazioni centrali.
Cosa sono le Gravastars ?
Oltre a prevedere che la gravità deriva da oggetti dotati di massa che curvano il tessuto dello spaziotempo, la relatività generale ha creato teorie sui buchi neri e sulle increspature dello spazio-tempo chiamate onde gravitazionali. Entrambi i fenomeni hanno avuto conferma della loro esistenza attraverso l’osservazione diretta. Anche altre idee, rimaste ancora teoriche, sono basate sulle medesime equazioni, come i buchi bianchi ed i wormhole.
In questo filone astrofisico, un’altra idea teorica emersa dalla relatività generale nel 2001 è il concetto di Gravastars. Questi corpi sono enormemente compatti e dotati di nuclei di energia oscura che è la forza che sembra accelerare l’espansione dell’universo. In queste particolarissime stelle, gli scienziati ritengono che l’energia oscura eserciterà una pressione negativa per proteggerle dalle proprie forze gravitazionali interne.
Oggi dopo 23 anni, una nuova soluzione alla relatività generale suggerisce un altro aspetto interessante delle cosiddette Gravastar. Sembra che queste stelle possano essere impilate, l’una nell’altra, per creare una sequenza di Nestar. “La nestar è come una matrioska. La nostra soluzione alle equazioni di campo consente un’intera serie di gravastar annidate”, ha detto in una nota (rif.) uno degli sviluppatori della soluzione, il fisico teorico Daniel Jampolski.
Le prime soluzioni all’equazioni di Einstein
Appena un anno dopo che la teoria della relatività generale fu resa pubblica, il fisico tedesco Karl Schwarzschild sviluppò la prima soluzione alle sue equazioni di campo, sbalordendo persino Einstein che credeva che ci sarebbero voluti diversi anni. All’interno della soluzione di Schwarzschild c’erano due caratteristiche che alla fine avrebbero dato vita al concetto di buco nero. Il fisico tedesco predisse che, a un certo raggio da un corpo dotato di massa, la velocità necessaria per sfuggire a quel corpo avrebbe dovuto aumentare fino a superare la velocità della luce.
Per la maggior parte dei corpi, questo cosiddetto raggio di Schwarzschild si troverebbe in profondità sotto la superficie. Nel Sole, ad esempio, questa distanza si troverebbe a 3 chilometri dal centro della nostra stella, che ha un raggio complessivo di 700.000 chilometri. Ma quando una stella collassa ed il suo raggio si riduce al di sotto del raggio di Schwarzschild, si forma un confine esterno da cui nemmeno la luce potrebbe fuoriuscire. Dalla soluzioni su carta al concetto di orizzonte degli eventi del buco nero.
La soluzione di Schwarzschild suggerì che potrebbe esserci un punto in cui la materia è così densa che anche le stesse equazioni della relatività generale devono crollare. Questa divenne nota come la singolarità centrale di un buco nero, dove tutte le teorie fisiche conosciute cessano di avere significato. Questi concetti furono verificati nel 1971 quando l’umanità scoprì il primo buco nero. Oggi sappiamo che anche al centro della nostra galassia la Via Lattea è presente un buco nero supermassiccio con una massa 4,5 milioni di volte quella del Sole chiamato Sagittarius A* (Sgr A*).
La nuova teoria
Le Gravastars, o stelle gravitazionali condensate, sono state teorizzate da Pawel Mazur ed Emil Mottola nel 2001 come alternativa ai buchi neri. Dal punto di vista dei fisici teorici, le gravastar presentano numerosi vantaggi rispetto ai buchi neri. Sono compatti quasi quanto i buchi neri e hanno un’influenza gravitazionale sulla loro superficie che è essenzialmente forte quanto quella di un buco nero. Ma ci sono differenze fondamentali. Innanzitutto, le gravastar non hanno orizzonti degli eventi e quindi non intrappolano la luce, e quindi le informazioni. In secondo luogo, non ci sarebbe una singolarità nei cuori delle gravastar, che invece si pensa abbiano cuori di energia oscura.
Questa ricetta per le gravastar ideata da Mazur e Mottola include una pelle quasi infinitamente sottile di materia ordinaria che è difficile da spiegare per gli scienziati. Naturalmente, però, solo perché le equazioni di campo della relatività generale consentono l’esistenza di qualche oggetto nel cosmo, ciò non significa che l’oggetto debba esistere. “Purtroppo non abbiamo ancora idea di come sia possibile creare una Gravastars”, ha affermato Luciano Rezzolla, co-sviluppatore della teoria nestar e fisico teorico. “Ma anche se i nestar non esistessero, esplorare le proprietà matematiche di queste soluzioni ci aiuterà in definitiva a comprendere meglio i buchi neri”.
Anche ricerche come questa sono utili (rif.), anche se la teoria primaria non funziona, perché mostra strade meravigliose che nascono da una teoria considerata per la prima volta più di un secolo fa. “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”, ha concluso Rezzolla. “È un po’ come trovare una moneta d’oro lungo un percorso già esplorato da molti altri”.
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