Estrellas gravastar: el enigma que podría redefinir los agujeros negros

Las estrellas gravastar (de “gravitational vacuum star”) emergen como una hipótesis teórica destinada a sustituir el concepto de agujero negro, evitando la singularidad y el horizonte de sucesos mediante un núcleo de vacío de De Sitter rodeado de una fina capa de materia exótica.

¿Qué es un gravastar?

Origen y motivación

-En 2001, Mazur y Mottola publicaron el artículo “Gravitational Condensate Stars: An Alternative to Black Holes”, donde plantearon que el colapso estelar podría resultar en un condensado de vacío en lugar de una singularidad de agujero negro.

-El término gravastar fusiona “gravitational vacuum” y “star”, enfatizando la presencia de un vacío de De Sitter en su interior, caracterizado por energía oscura con presión negativa que impide la formación de una singularidad.

Diferencias con agujeros negros

-Sin singularidad ni horizonte de sucesos: A diferencia de un agujero negro, el gravastar no presenta un punto de densidad infinita ni un horizonte donde el tiempo exterior se detiene.

-Capa exótica: Entre el núcleo de vacío y el exterior, existe una fina capa (thin shell) de materia con ecuaciones de estado exóticas que brinda estabilidad al conjunto.

-Firma observable similar: Tanto gravastars como agujeros negros consumirían materia y emitirían radiación de Hawking de forma casi idéntica, aunque podrían diferir sutilmente en efectos de lente gravitacional.

(Foto: Wikimedia Commons)

Estructura teórica

Regiones del modelo

Núcleo (r  Vacío de De Sitter con presión $p = -rho$, actuando como energía oscura y evitando la singularidad.

Capa intermedia (R₁  Materia exótica con presión positiva y densidad variable que forma una membrana delgada.

Exterior (r > R₂): Espacio vacío de Schwarzschild, idéntico al exterior de un agujero negro de igual masa.

Estabilidad y extensiones

-Estudios sobre rotación muestran que algunos gravastars giratorios pueden ser estables para valores específicos de velocidad angular y grosor de la capa, aunque otros serían inestables en escalas de tiempo cosmológicas.

-Se ha teorizado la existencia de nestars, gravastars anidados al estilo muñecas rusas, donde un condensado se inserta dentro de otro, ampliando las posibles configuraciones exóticas del espacio-tiempo.

Implicaciones astrofísicas

Formación y colapso

-En contraste con la formación convencional de un agujero negro, el colapso en un gravastar implicaría una transición de fase del espacio mismo, generando una explosión que impulsa materia y crea el condensado interior.

-Este proceso, si fuera violento, podría relacionarse con fenómenos de altas energías como explosiones de rayos gamma o incluso la génesis de universos-burbuja en teorías de multiverso.

Materia oscura y energía oscura

-La naturaleza de la capa de vacío y la posible fuga de energía a través de la membrana sugiere vínculos con la aceleración cosmológica, ofreciendo un mecanismo alternativo para explicar la energía oscura local.

Búsqueda observacional

Sombra y lentes gravitacionales

-Simulaciones indican que la “sombra” de un gravastar sería casi indistinguible de la de un agujero negro, pero precisiones en la forma y brillo podrían revelar transparencias en la capa exótica.

-Futuras observaciones con el Event Horizon Telescope y radiotelescopios de alta resolución podrían medir desviaciones en las trayectorias de los fotones para detectar diferencias sutiles.

Emisión de rayos X y ondas gravitacionales

-Las fluctuaciones de la membrana podrían producir modos quasi-normales distintos, observables en el espectro de ondas gravitacionales tras fusiones de objetos compactos.

-Detectores como LIGO/Virgo y futuras misiones espaciales pueden buscar señales atípicas que no encajen con el perfil teórico de agujero negro estándar.

Debate científico y perspectivas

-La comunidad astrofísica se mantiene cautelosa: aunque los gravastars resuelven la paradoja de la singularidad, su fundamento en física cuántica gravitatoria aún es especulativo y carece de un consenso.

-Líneas futuras de investigación incluyen la cuantización efectiva de la gravedad, análisis de estabilidad en teorías modificadas y experimentos en lentes gravitacionales de precisión.