Fisici dell’Università Goethe di Francoforte hanno scoperto una nuova soluzione alla teoria della relatività generale di Albert Einstein. Secondo questa soluzione, le stelle a condensato gravitazionale, o gravastar, potrebbero esistere e avere una struttura simile a quella delle bambole russe matryoshka, con una gravastar situata all’interno di un’altra.
L’enigma dei buchi neri
Il fisico tedesco Karl Schwarzschild, nel 1916, propose una soluzione alle equazioni della relatività generale di Einstein, secondo la quale il centro di un buco nero è costituito da una singolarità, un punto in cui spazio e tempo cessano di esistere. In questo luogo, tutte le leggi fisiche, compresa la teoria della relatività generale di Einstein, non si applicano più e il principio di causalità è sospeso. Questo rappresenta un grande problema per la scienza, poiché significa che nessuna informazione può sfuggire da un buco nero oltre l’orizzonte degli eventi. Questo potrebbe essere il motivo per cui la soluzione di Schwarzschild non ha attirato molta attenzione al di fuori dell’ambito teorico per molto tempo, fino alla scoperta del primo candidato per un buco nero nel 1971, seguito dalla scoperta del buco nero al centro della nostra Via Lattea negli anni 2000 e infine dalla prima immagine di un buco nero, catturata dalla collaborazione Event Horizon Telescope nel 2019.
Gravastar: un’alternativa teorica
Nel 2001, Pawel Mazur ed Emil Mottola proposero una soluzione diversa alle equazioni di campo di Einstein che portò a oggetti che chiamarono stelle a condensato gravitazionale, o gravastar. A differenza dei buchi neri, le gravastar presentano diversi vantaggi dal punto di vista dell’astrofisica teorica. Da un lato, sono quasi altrettanto compatte dei buchi neri e presentano una gravità sulla loro superficie essenzialmente forte come quella di un buco nero, assomigliando quindi a un buco nero a tutti gli effetti pratici. D’altra parte, le gravastar non hanno un orizzonte degli eventi, cioè un confine da cui nessuna informazione può essere inviata, e il loro nucleo non contiene una singolarità. Invece, il centro delle gravastar è costituito da un’energia esotica – oscura – che esercita una pressione negativa alla forza gravitazionale enorme che comprime la stella. La superficie delle gravastar è rappresentata da una sottile pelle di materia ordinaria, il cui spessore si avvicina allo zero.
Il concetto di Nestar
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 di “nestar” (dall’inglese “nested”, che significa “annidato”).
La scoperta di Jampolski
Daniel Jampolski, che ha scoperto la soluzione come parte della sua tesi di laurea supervisionata da Luciano Rezzolla, afferma: “Il nestar è come una bambola matryoshka”, aggiungendo che “la nostra soluzione alle equazioni di campo consente una serie di gravastar annidate”. Mentre Mazur e Mottola sostengono che la gravastar ha una pelle sottilissima costituita da materia normale, il guscio di materia del nestar è un po’ più spesso: “È un po’ più facile immaginare che qualcosa del genere possa esistere”.
Eredità continua e prospettive future
Luciano Rezzolla, professore di astrofisica teorica all’Università Goethe, spiega: “È fantastico che anche 100 anni dopo che Schwarzschild ha presentato la sua prima soluzione alle equazioni di campo dalla teoria della relatività generale, sia ancora possibile trovare nuove soluzioni. È un po’ come trovare una moneta d’oro lungo un sentiero che è stato esplorato da molti altri prima. Purtroppo, non abbiamo ancora idea di come una gravastar possa essere creata. Ma anche se i nestar non esistessero, esplorare le proprietà matematiche di queste soluzioni ci aiuta in definitiva a comprendere meglio i buchi neri”.
