Le stelle massicce producono luce e calore attraverso la fusione nucleare, un processo che rilascia enormi quantità di energia dai loro nuclei. Alla fine, però, anche le stelle più grandi esauriscono il combustibile. Quando ciò accade, la pressione verso l’esterno generata dalle radiazioni non è più sufficientemente forte da contrastare la gravità. La stella inizia a collassare sotto il proprio peso, teoricamente continuando fino a quando tutta la sua massa non viene compressa in un unico punto noto come singolarità.
Sebbene i buchi neri siano ampiamente accettati dai fisici, sollevano ancora interrogativi profondi. Come può una massa pari a miliardi di soli essere compressa in un punto infinitamente piccolo? Come può lo spaziotempo curvarsi all’infinito in corrispondenza di una singolarità?
A questo limite estremo, le leggi conosciute della fisica cessano di fornire risposte affidabili. Gli scienziati non sono in grado di descrivere con precisione cosa accade in tali condizioni. I buchi neri rappresentano anche un’ulteriore sfida, poiché nascondono tutto ciò che si trova oltre il loro orizzonte degli eventi. Qualsiasi materia, radiazione o informazione che oltrepassi questo confine, inclusa la luce stessa, non può più essere osservata.
Gravastars e il ruolo dell’energia oscura
A causa di queste questioni irrisolte, alcuni ricercatori hanno esplorato la possibilità che almeno alcuni oggetti identificati come buchi neri possano in realtà essere qualcosa di completamente diverso. Un’alternativa proposta è un oggetto ultracompatto noto come gravastar.
Le gravastar sarebbero quasi altrettanto dense e massicce dei buchi neri, il che le renderebbe estremamente difficili da rilevare a causa della loro intensa attrazione gravitazionale. A differenza dei buchi neri, tuttavia, non conterrebbero una singolarità o un orizzonte degli eventi. Al contrario, al di sotto dei loro strati esterni di materia ordinaria, sarebbero piene di energia oscura. Questa misteriosa forma di energia produce una pressione verso l’esterno che contrasta la gravità e impedisce il collasso totale.
Per molti fisici, le gravastar rappresentano un’alternativa interessante perché evitano alcuni dei problemi concettuali associati ai buchi neri. Tuttavia, una domanda fondamentale è rimasta senza risposta per decenni: come si formano effettivamente le gravastar?
Una nuova soluzione suggerisce la formazione di un mini universo
I fisici teorici Daniel Jampolski e il professor Luciano Rezzolla hanno proposto quella che definiscono la prima soluzione dinamica alle equazioni della Relatività Generale di Albert Einstein, in grado di spiegare come il collasso di una stella possa generare una gravastar.
Secondo le loro ricerche, il collasso di una stella massiccia potrebbe innescare la nascita di un universo in miniatura all’interno della materia stessa in collasso. Questo universo appena formato non sarebbe molto diverso dal Big Bang che ha dato origine al nostro cosmo. Come nel nostro universo, l’energia oscura ne guiderebbe l’espansione.
Man mano che il mini-universo si espande, esercita una pressione verso l’esterno contrastando l’attrazione gravitazionale verso l’interno. Questa forza contraria può arrestare il collasso prima che si formi un buco nero. Il risultato è un equilibrio stabile tra il materiale stellare in collasso e l’universo interno in espansione. Tale equilibrio crea una gravastar.
I ricercatori affermano che la loro soluzione fornisce la prima spiegazione a una questione dibattuta dagli scienziati per circa 25 anni: come le gravastelle possano emergere dal collasso della materia ordinaria.
Spazio per una nuova fisica
Daniel Jampolski, che ha sviluppato la soluzione durante la sua tesi di laurea magistrale sotto la supervisione di Luciano Rezzolla, spiega: “Il Big Bang dell’universo nascente può verificarsi quando la stella è già collassata quasi al punto di diventare un buco nero”.
Il comportamento della materia compressa a densità così straordinarie rimane ancora poco compreso, lasciando aperta la possibilità di nuovi fenomeni fisici. Come osserva Jampolski: “È più facile immaginare che il Big Bang si verifichi solo in una fase molto avanzata, quando la materia è già stata compressa in modo estremo, dando così origine a nuovi effetti”.
Rezzolla, professore di astrofisica teorica all’Università Goethe, sottolinea che esplorare alternative non significa rifiutare i buchi neri. “La ricerca di alternative ai buchi neri non deve suggerire scetticismo nei loro confronti, poiché questi rappresentano ancora la soluzione più naturale e semplice al destino del collasso gravitazionale. Tuttavia, come scienziati in generale, e come fisici teorici in particolare, è essenziale mantenere un approccio imparziale verso ciò che non conosciamo e quindi esplorare sia le teorie consolidate sia le interpretazioni più esotiche. La storia ci insegna che non è raro che queste ultime si trasformino nelle prime.”
Abstract
I buchi neri regolari e i loro imitatori senza orizzonte offrono alternative matematicamente coerenti per affrontare le sfide poste dai buchi neri standard. Tuttavia, il meccanismo di formazione di questi oggetti alternativi è ancora in gran parte poco chiaro e costituisce un problema aperto significativo, poiché la comprensione della loro formazione dinamica rappresenta un primo passo per valutarne l’esistenza. Qui indaghiamo, per la prima volta e senza invocare correzioni di curvatura superiore, la formazione dinamica di un noto imitatore di buco nero senza orizzonte, ovvero una gravastar. Più specificamente, partendo dal collasso di una sfera di polvere uniforme, come nel caso del collasso di Oppenheimer-Snyder, dimostriamo che, in condizioni finemente sintonizzate, una gravastar può formarsi dalla nucleazione e dall’espansione di una regione di de Sitter con dimensione iniziale zero al centro della sfera in collasso. Inoltre, l’espansione di de Sitter rallenta naturalmente vicino al raggio di Schwarzschild, dove incontra la superficie di polvere in collasso e dà origine a un equilibrio statico. È interessante notare che troviamo anche una compattezza iniziale massima della stella in collasso di =3/8
, al di sopra della quale il collasso in un buco nero è inevitabile.
Materiale fornito dall’Università Goethe di Francoforte . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Daniel Jampolski, Luciano Rezzolla. Formation of gravastars. Physical Review D, 2026; 113 (12) DOI: 10.1103/c6lw-nx7k
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