Traduzido por Julio Batista
Original de Paul Sutter para a Live Science
Um objeto indescritível no espaço representa um enigma para os cientistas. Parece um buraco negro. Se comporta como um buraco negro. Pode até cheirar como um buraco negro. Mas tem uma diferença crucial: não tem horizonte de eventos, o que significa que você pode escapar de suas garras gravitacionais se tentar o suficiente.
Chama-se estrela de Buchdahl e é o objeto mais denso que pode existir no Universo sem se tornar um buraco negro.
Mas ninguém jamais observou um, levando a perguntas sobre se os objetos misteriosos realmente existem. Agora, um físico pode ter descoberto uma nova propriedade das estrelas de Buchdahl que pode ajudar a responder a isso.
As jornadas dos buracos negros
Em geral, os astrônomos concordam que os buracos negros existem. Vemos evidências deles em todos os lugares que olhamos, incluindo a liberação de ondas gravitacionais quando eles colidem e as sombras dramáticas que esculpem nos materiais circundantes. Os astrônomos também entendem como os buracos negros se formam: eles são os remanescentes do catastrófico colapso gravitacional de estrelas massivas. Quando estrelas gigantes morrem, nenhuma força na natureza é capaz de sustentar o próprio peso das estrelas, então essas gigantes condenadas à morte continuam se esmagando até o infinito.
O que os astrônomos atualmente não entendem, no entanto, é o quão comprimido um objeto pode ficar sem se tornar um buraco negro. Conhecemos anãs brancas, que contêm a massa de um Sol em um volume equivalente à Terra, e conhecemos estrelas de nêutrons, que comprimem tudo isso ainda mais no volume de uma cidade. Mas não sabemos se há algo menor ainda que evite o destino de se tornar um buraco negro.
Estrelas de Buchdahl
Em 1959, o físico germano-australiano Hans Adolf Buchdahl explorou como uma “estrela” altamente idealizada – representada como uma bolha perfeitamente esférica de material – poderia se comportar ao ser comprimida o máximo possível. À medida que a bolha ficava cada vez menor, sua densidade aumentava, tornando sua própria atração gravitacional ainda mais intensa. Usando as ferramentas da teoria da relatividade geral de Einstein, Buchdahl encontrou um limite inferior absoluto para o tamanho dessa bolha.
Esse raio especial é igual a 9/4 vezes a massa da bolha, multiplicada pela constante gravitacional de Newton, tudo dividido pela velocidade da luz ao quadrado.
O limite de Buchdahl é importante porque define o objeto mais denso possível que ainda pode evitar se tornar um buraco negro. Abaixo disso, a bolha de material deve sempre se tornar um buraco negro, pelo menos na teoria da relatividade.
Vivendo no limite
Encontrar objetos exóticos que chegam ‘ao limite desse limite’ – as chamadas estrelas de Buchdahl – tornou-se um passatempo popular de teóricos e observadores. Agora, Naresh Dadhich, físico do Centro Interuniversitário de Astronomia e Astrofísica em Pune, na Índia, pode ter descoberto uma propriedade surpreendente das estrelas de Buchdahl. Dadich discute essa propriedade em um novo paper enviado em 11 de dezembro ao servidor de pré-publicação arXiv.org.
Dadich, que chama as estrelas de Buchdahl de “imitações de buracos negros” porque suas propriedades observáveis seriam quase idênticas, estudou o que acontece com a energia de uma estrela hipotética quando ela começa a colapsar em uma estrela de Buchdahl.
“À medida que a estrela colapsa, ela capta energia potencial gravitacional, que é negativa porque a gravidade é atrativa”, explicou Dadhich. Ao mesmo tempo, o interior da estrela ganha energia cinética à medida que todas as partículas são forçadas a se chocar umas contra as outras em um volume menor.
No momento em que a estrela atinge o limite de Buchdahl, Dadhich descobriu uma relação surpreendente, mas familiar: a energia cinética total era igual à metade da energia potencial.
Essa relação é conhecida como teorema do virial e se aplica a inúmeras situações na astronomia em que a força da gravidade está em equilíbrio com outras forças. Isso significa que uma estrela de Buchdahl poderia teoricamente existir como um objeto estável com propriedades conhecidas e bem compreendidas.
Essa descoberta sugere que as estrelas teóricas de Buchdahl podem realmente estar por aí no Universo e podem levar a novas perspectivas sobre o funcionamento interno dos buracos negros.
“Sempre houve tentativas de definir objetos o mais próximo possível dos buracos negros”, disse Dadhich em um e-mail para a Live Science. “O horizonte de eventos de um buraco negro bloqueia nossa visão do que está dentro dele. Mas podemos interagir com uma estrela de Buchdahl e estudar do que ela é feita, o que pode nos dar pistas sobre como são os interiores dos buracos negros.”
Encontrar uma estrela de Buchdahl é outros 500. Até o momento, não há nenhum arranjo conhecido de matéria que possa criar uma estrela de Buchdahl. Mas o trabalho de Dadich aponta para um caminho a seguir para entender como elas podem funcionar. Mais pesquisas serão necessárias para descobrir quais outras propriedades esses objetos exóticos podem ter e o que eles podem nos dizer sobre os buracos negros.
