Os buracos negros são na verdade Gravastars de acordo com pesquisas recentes

Um estudo recente fornece novas evidências a favor da hipótese de que os buracos negros são "gravastars", objetos radicalmente diferentes uns dos outros. É um tipo hipotético de estrela, feita inteiramente de energia escura – a mesma energia que impulsiona a expansão do universo. Segundo os pesquisadores, isso poderia eliminar as inconsistências físicas associadas à existência de uma singularidade no centro dos buracos negros.

Os buracos negros são alguns dos objetos mais extremos e misteriosos do universo. Eles foram teorizados pela primeira vez em 1915 pelo físico e astrônomo alemão Karl Schwarzschild (baseado na teoria da relatividade geral de Einstein), e sua atração gravitacional é tão forte que nem mesmo a luz pode escapar.

No entanto, embora numerosas observações tenham confirmado a maioria das características teóricas dos buracos negros, permanecem algumas lacunas que lançam dúvidas sobre sua verdadeira natureza. De acordo com as teorias atuais, no centro de um buraco negro está um ponto de densidade infinitamente alta, chamado de singularidade. Isso, em particular, é uma consequência de seu colapso gravitacional no nível de um ponto superdenso e compacto. Por outro lado, a existência do horizonte de eventos e a perda de informação associada indicam uma perda de previsibilidade do colapso gravitacional.

No entanto, do ponto de vista físico, infinito e imprevisibilidade não existem tecnicamente, o que sugere uma discrepância entre os modelos teóricos tradicionais de buracos negros. Isso levou os pesquisadores a procurar modelos alternativos que correspondam simultaneamente aos anteriores e tentar preencher suas lacunas. "Esses problemas indicam que há algo errado ou incompleto no modelo de buraco negro, e que modelos alternativos precisam ser desenvolvidos", diz João Luiz Rosa, professor de física da Universidade de Gdansk, na Polônia, e principal autor do novo estudo.

Entre os modelos alternativos propostos estão gravastars (abreviação de "estrela de vácuo gravitacional"), um de um grupo de modelos de objetos conhecidos como objetos compactos exóticos (ECOs). Eles atendem a uma série de critérios físicos, como estabilidade e ausência de matéria exótica (ou seja, com as condições de energia apropriadas), ao mesmo tempo em que têm propriedades que são apenas ligeiramente diferentes dos buracos negros comuns.

Proposto pela primeira vez em 2001, os gravastars são objetos hipotéticos mais ou menos semelhantes às estrelas e compostos de energia escura, que se acredita ser responsável, entre outras coisas, pela expansão do universo. Eles são interpretados como bolhas contendo um vácuo e cobertos com uma casca de matéria extremamente densa. Sua principal vantagem é que eles não têm singularidades.

Em seu estudo, publicado recentemente na revista Physical Review D, Rosa e seus colegas exploram essa hipótese analisando novos dados observacionais. Seus resultados mostram semelhanças impressionantes entre os fluxos de matéria observados em buracos negros e aqueles assumidos para gravastars.

Semelhanças marcantes com o novo modelo teórico

Gravistars fazem parte de uma ampla gama de FIV propostas, abrangendo objetos ultracompactos que consistem em um ou mais fluidos relativísticos. Assim como os buracos negros, eles são considerados o estágio final da evolução de estrelas massivas, quando ficam sem combustível e acabam colapsando sobre si mesmas, formando objetos extremamente densos. No entanto, ao contrário dos buracos negros, eles não têm singularidades porque sua estabilidade é mantida pela energia escura que contêm.

A ausência de uma singularidade permite que o colapso gravitacional das gravaestrelas interrompa a evolução após um certo limiar. Em outras palavras, eles demonstram uma transição de fase em (ou perto do horizonte de eventos). Nesse limite, a gravidade é tão forte que a matéria se transforma em um condensado de Bose-Einstein, um estado da matéria formado por bósons idênticos (partículas subatômicas com spin inteiro). Este condensado forma então uma esfera quase indestrutível em torno do vácuo, ou energia escura, do gravastar.

Para descobrir se essas características correspondem aos dados observacionais em buracos negros, os cientistas do novo estudo analisaram a interação de partículas e radiação no nível de seu disco de acreção. Eles também estudaram as propriedades dos pontos quentes - bolhas gigantes de gás que cercam buracos negros e os orbitam a velocidades próximas à velocidade da luz.

Fluxos de movimento orbital de ponto quente integrados no tempo para o buraco negro de Schwarzschild e modelos GS1 - GS5 para o oblíquo de θ=20° (as duas primeiras linhas) e θ=80° (as duas linhas inferiores), em α=1 e ro=8M. As configurações ultracompactas GS1 a GS3 exibem diferenças qualitativas nos fluxos integrados em comparação com as configurações GS4 e GS5 não ultracompactas.

Os pesquisadores descobriram que os gravastars eram notavelmente consistentes com os dados observacionais. Não só o deslocamento da matéria é semelhante, mas os buracos negros também projetam uma sombra visível comparável àquela que teoricamente existe em gravastars. "Essa sombra não é causada pela captura de luz pelo horizonte de eventos, mas por um fenômeno ligeiramente diferente chamado 'desvio gravitacional para o vermelho', em que a luz perde energia ao passar por uma região com forte campo gravitacional", explica Rosa. Quando a luz emitida por esses objetos chega aos nossos telescópios, a maior parte de sua energia é perdida devido ao campo gravitacional, resultando em uma sombra.

No entanto, é importante notar que esses resultados ainda precisam ser confirmados por experimentos e observações adicionais, que os especialistas acreditam que podem ser realizadas em um futuro próximo. "Para testar nossos resultados experimentalmente, esperamos a próxima geração de experimentos observacionais em física gravitacional", diz Rosa, referindo-se às próximas observações do telescópio Event Horizon e do instrumento GRAVITY+ a serem adicionados ao Very Large Telescope no Chile – voltado para os buracos negros no centro das galáxias, incluindo o nosso.

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