Uma alternativa aos buracos negros: gravastrelas com Big Bangs em seu interior!

Uma gravastrela é uma estrela ultracompacta, de massa extrema, que, assim como um buraco negro, não pode ser observada diretamente porque nenhuma luz consegue escapar dela.

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Por Evan Gough

Traduzido e adaptado por Marco Centurion

Uma das questões fundamentais da astrofísica diz respeito à forma como os buracos negros de massa estelar se formam. Quando uma estrela com várias vezes a massa do nosso Sol esgota seu combustível para a fusão nuclear, a pressão exercida para fora por esse processo diminui e, eventualmente, deixa de ser suficiente para contrabalançar a pressão gravitacional exercida para dentro pela própria massa da estrela. A gravidade passa então a dominar, fazendo a estrela colapsar sobre si mesma até um ponto chamado singularidade, nasce desta forma um buraco negro.

O problema dos buracos negros de massa estelar é que a Relatividade Geral não consegue explicar completamente sua natureza extrema. Já as gravastrelas, uma alternativa teórica aos buracos negros, não entram em conflito com a Relatividade Geral da mesma maneira. Até agora, porém, ninguém havia descoberto como elas poderiam se formar a partir das equações de Einstein. (Créditos da imagem: Daniel Jampolski e Luciano Rezzolla, Universidade Goethe de Frankfurt.)

Entretanto, há um problema com esse cenário. A Relatividade Geral descreve muito bem o que acontece até o momento em que a singularidade se forma. A partir daí, surgem diversas questões. Por exemplo, como tanta massa pode ficar concentrada em um único ponto infinitesimal? E como o espaço-tempo pode apresentar uma curvatura infinita? A Relatividade Geral não oferece respostas para essas perguntas.

É nesse ponto que a Relatividade Geral deixa de funcionar. Isso não significa que ela seja invalidada em outros contextos. Significa apenas que ultrapassa o limite em que consegue descrever a realidade de forma consistente. A teoria da Gravidade Quântica é justamente uma tentativa de explicar o que acontece onde a Relatividade Geral deixa de ser aplicável.

Uma nova pesquisa sugere que a Relatividade Geral ainda pode explicar o que ocorre durante o colapso de uma estrela. Segundo esse trabalho, em vez de formar buracos negros, as estrelas colapsadas dariam origem a outro tipo de objeto estelar que imita os buracos negros. A proposta é chamada de gravastrela (No inglês Gravastar)

O artigo curto, intitulado "Formation of gravastars" ("Formação de gravastrelas"), foi publicado na revista Physical Review D. Os autores são Daniel Jampolski e Luciano Rezzolla, ambos da Universidade Goethe de Frankfurt e pode ser lido na íntegra aqui.

Existem diferentes tipos de buracos negros. Os buracos negros "padrão" são aqueles aos quais normalmente nos referimos quando falamos sobre esses objetos. Eles possuem um horizonte de eventos e uma singularidade. Mas existe outra categoria chamada buracos negros regulares. Trata-se de versões modificadas dos buracos negros convencionais. Assim como os buracos negros padrão, eles possuem horizonte de eventos, porém não apresentam singularidade. Alguns pesquisadores descrevem seus interiores como "bem comportados", onde a curvatura do espaço-tempo permanece finita e não viola a Relatividade Geral.

Em termos simples, um buraco negro padrão contém uma singularidade, o que representa um problema para a Relatividade Geral. Já um buraco negro regular não possui singularidade e, portanto, não rompe a validade da teoria. Ainda assim, conserva um horizonte de eventos, o que gera outro problema, que é o paradoxo da informação dos buracos negros.

Isso nos leva às chamadas gravastrelas, um tipo teórico de "imitador sem horizonte" (horizonless mimicker), pertencente a uma classe de objetos que não possuem nem horizonte de eventos nem singularidade. Dessa forma, elas não entram em conflito com a Relatividade Geral.

Uma gravastrela é uma estrela ultracompacta, de massa extrema, que, assim como um buraco negro, não pode ser observada diretamente porque nenhuma luz consegue escapar dela. No entanto, ela difere dos buracos negros em aspectos fundamentais. Suas camadas externas são constituídas de matéria bariônica comum, enquanto seu interior é preenchido por energia escura. É justamente a pressão exercida pela energia escura para fora que estabiliza seu interior. Para muitos físicos, essa é uma solução mais elegante, pois elimina tanto a singularidade que viola a Relatividade Geral quanto o horizonte de eventos e o paradoxo da informação associado a ele. Mas permanece uma pergunta essencial: como uma gravastrela se forma?

"Os buracos negros regulares e os imitadores de buracos negros sem horizonte oferecem alternativas matematicamente consistentes para enfrentar os desafios apresentados pelos buracos negros padrão. Entretanto, o mecanismo de formação desses objetos alternativos ainda permanece amplamente desconhecido e constitui um importante problema em aberto, já que compreender sua formação dinâmica representa o primeiro passo para avaliar sua existência."

escrevem os autores.

Os dois pesquisadores desenvolveram uma solução para as equações da Relatividade Geral de Einstein que pode resultar na formação de uma gravastrela. Nessa solução, um miniuniverso surge no interior da estrela durante seu colapso. O processo é semelhante ao modo como o Big Bang deu origem ao nosso Universo. Assim como a expansão do nosso Universo é impulsionada pela energia escura, a energia escura existente no interior da gravastrela também exerce uma força expansiva. Essa energia interrompe o colapso antes que uma singularidade possa se formar, e o equilíbrio resultante dá origem à gravastrela.

Um miniuniverso em expansão no interior de uma estrela colapsada. A energia escura que impulsiona esses miniuniversos poderia criar uma gravastrela, uma alternativa aos buracos negros que não viola a Relatividade Geral. (Créditos da imagem: Daniel Jampolski e Luciano Rezzolla, Universidade Goethe de Frankfurt.)

Há décadas, físicos tentam entender como a matéria estelar comum poderia colapsar para formar uma gravastrela, e esta é a primeira proposta que oferece uma resposta para esse problema. Curiosamente, Jampolski descobriu essa solução durante sua dissertação de mestrado, orientada por Rezzolla.

"O Big Bang do universo emergente pode ocorrer quando a estrela já colapsou quase completamente, chegando muito perto de se tornar um buraco negro. É mais fácil imaginar que o Big Bang aconteça apenas em um estágio muito avançado, quando a matéria já foi comprimida a um grau extremo, dando origem a novos efeitos."

afirmou o autor principal, Daniel Jampolski, em um comunicado à imprensa.

Luciano Rezzolla, professor de Astrofísica Teórica da Universidade Goethe, acrescentou:

"Buscar alternativas aos buracos negros não deve ser interpretado como um ceticismo em relação a eles, que continuam representando a solução mais natural e mais simples para o destino do colapso gravitacional. No entanto, como cientistas em geral, e como físicos teóricos em particular, é essencial manter uma postura imparcial diante daquilo que ainda desconhecemos e, por isso, explorar tanto as ideias amplamente aceitas quanto as interpretações mais exóticas. A história nos ensina que não é incomum que estas últimas acabem se tornando as primeiras."

Apesar disso, existe um problema importante na solução apresentada. Para que ela funcione, é necessário um ajuste extremamente fino, em termos de precisão (fine-tuning), ou seja, as condições precisam ser praticamente perfeitas para que uma gravastrela possa se formar. Por exemplo, na esfera utilizada no modelo teórico, o material deve ser perfeitamente uniforme e completamente desprovido de pressão. Trata-se de uma situação altamente idealizada, e os próprios autores reconhecem que isso representa uma limitação significativa.

Outro problema é que, embora a gravastrela alcance um estado de equilíbrio estático, isso não significa necessariamente que ela seja estável. Sua casca ainda pode sofrer perturbações radiais. Em outras palavras, uma perturbação minúscula, como por exemplo, de um fóton errante, já poderia fazer com que a gravastrela colapsasse e se transformasse em um buraco negro padrão com singularidade. Nesse caso, a maneira como ela se formou deixaria de ter importância. A gravastrela surgiria, mas não persistiria por mais do que um instante. Se isso realmente ocorrer, então as gravastrelas talvez não constituam uma classe distinta de objetos astrofísicos, elas seriam apenas uma etapa intermediária e extremamente breve no processo de formação dos buracos negros.

Outra questão talvez seja ainda mais prática, que é que mesmo que as gravastrelas existam, como poderíamos distingui-las dos buracos negros convencionais?

Essa pergunta, posicionada ao final de uma longa fila de outras questões ainda sem resposta, continua aguardando uma solução.

Artigo encontrado no site UniverseToday.com (originalmente publicado em 29/06/2026)

Link para acesso ao original: https://www.universetoday.com/articles/an-alternative-to-black-holes-gravastars-with-big-bangs-inside