Tradução e fusão do artigo da Wikipédia em italiano:

it.wikipedia.org - Stella nera (astronomia)

Uma estrela negra (não deve ser confundida com anã negra) é um objeto gravitacional composto de matéria, um tipo hipotético de estrela, semelhante em muitos aspectos a um buraco negro, cuja existência foi aventada por Carlos Barcelò, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego e Matt Visser. É uma alternativa teórica ao conceito de buraco negro da relatividade geral. A construção teórica foi desenvolvida através do uso da teoria da gravitação semiclássica. Uma estrutura similar deveria existir também pelo sistema Einstein-Maxwell-Dirac o qual é o limite (super)clássico da eletrodinâmica quântica.

Esses físicos questionaram a existência de buracos negros, que, por definição, não são diretamente visíveis e só podem ser detectados por meio dos efeitos que teriam nos corpos celestes próximos. A hipótese científica deles prevê que alguns efeitos quânticos podem não levar ao colapso gravitacional com a formação de um buraco negro, mas gerar um corpo celeste diferente sem horizonte de eventos, chamado de "estrela negra". No entanto, estrelas negras seriam densas o suficiente para causar muitos dos efeitos associados aos buracos negros. Sua pesquisa foi publicada na Scientific American e em sua edição italiana Le Scienze.

Uma estrela negra não necessita ter um horizonte de eventos, e pode ou não ser uma fase transicional entre uma estrela em colapso e uma singularidade. Uma estrela negra é criada quando matéria se comprime a uma taxa significativamente menor que a velocidade de queda livre de uma partícula hipotética caindo para o centro desta estrela, devido ao fato que processos quânticos criam polarização do vácuo, o qual cria uma forma de pressão de degereração, prevenindo o espaço-tempo (e as partículas retidas nele) de ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo. Esta energia é teoricamente ilimitada, e formando-se rapidamente o suficiente, irá deter o colapso gravitacional de criar uma singularidade. Isto pode implicar numa taxa cada vez menor de colapso, conduzindo a um tempo infinito para o colapso, ou assintoticamente aproximando-se a um raio que não seja zero.

Stephen Hawking também não descartou que os buracos negros sejam realmente estrelas negras, uma vez que "a ausência de horizontes de eventos implica que não há buracos negros, no sentido de condições das quais a luz não pode escapar infinitamente". [Nota 1] [Nota 2]

A estrela negra com um raio um pouco maior que o horizonte de eventos previstos para um buraco negro de massa equivalente se apresentará muito escura visivelmente, porque quase toda a luz produzida retorna para a estrela. Qualquer luz que escapar será severamente afetada pela gravidade, gerando desvio para o vermelho (também conhecido pelo termo inglês ''redshift'') nessa luminosidade. Ela irá aparecer quase exatamente como um buraco negro. Caracterizará radiação Hawking, como partículas virtuais criadas na sua vizinhança ainda podendo ser divididas, com uma partícula escapando e a outra sendo presa. Além disso, ele irá criar radiação térmica Planckiana que se assemelham a esperada radiação Hawking equivalente de um buraco negro.

O interior previsto de uma estrela negra será composto por esse estranho estado de espaço-tempo, com cada comprimento em profundidade dirigindo-se para dentro, aparecendo da mesma forma que uma estrela negra de massa e raio equivalentes com a cobertura removida. As temperaturas aumentam com a profundidade em direção ao centro.

(Editado a partir de Scientific American.)

Paradoxos de buracos negros

A formulação da teoria foi estimulada pela necessidade de superar os paradoxos associados à hipótese do buraco negro:

• • Singularidade: nos buracos negros clássicos (previstos pela Relatividade Geral) toda a matéria está concentrada em um ponto (singularidade) de densidade infinita. Isso sugere que a teoria não é válida neste ponto, pois prevê uma magnitude infinita. A Relatividade Geral provavelmente não fornece previsões corretas neste ponto, pois não considera os efeitos quânticos na escala microscópica. Para superar esse paradoxo, está sendo feita uma tentativa de construir uma teoria quântica da gravidade, chamada gravidade quântica.

  • Perda de informação: de acordo com Stephen Hawking, os buracos negros evaporam muito lentamente até desaparecerem completamente, emitindo radiação Hawking. Mas isso gera o paradoxo da informação do buraco negro. Esse paradoxo consiste no fato de que um buraco negro, que contém uma enorme quantidade de informações em seu interior, evapora emitindo radiação de Hawking, a qual, entretanto, não carrega nenhuma informação. Consequentemente, durante a evaporação do buraco negro, a informação contida nele desaparece. O sistema isolado no estado final, ou seja, examinado após a evaporação completa do buraco negro, consiste inteiramente em radiação Hawking, que no entanto não carrega informação, resultando na perda de informação que no estado inicial foi incorporada dentro do buraco negro. O processo de evolução temporal deste sistema isolado constituído pelo buraco negro e a radiação Hawking é, portanto, não unitário, violando o princípio da unidade da Mecânica Quântica, que prevê que a informação não pode ser destruída.

Na ausência de uma teoria completa da gravidade quântica, Barcelò, Liberati, Sonego e Visser desenvolveram uma nova hipótese alternativa, a das estrelas negras, sobrepondo alguns resultados da mecânica quântica com outros da Relatividade Geral.

As estrelas negras, ao contrário dos buracos negros, não perdem informações à medida que evaporam. No entanto, isso não resolve o problema do paradoxo da informação definitivamente até que a formação de buracos negros em algum lugar do universo seja completamente descartada.

A teoria das estrelas negras não é, portanto, a solução definitiva para o paradoxo da informação, cuja resolução definitiva provavelmente terá que esperar o desenvolvimento de uma teoria completa da gravidade quântica.

Formação hipotética de uma estrela negra

Barcelò, Liberati, Sonego e Visser mostraram que, assumindo que o colapso gravitacional de uma estrela é muito mais lento do que a queda livre do material da superfície da estrela em direção ao seu centro, alguns efeitos quânticos (polarização do vácuo) podem se opor significativamente ao colapso, evitando a formação de um horizonte de eventos e, portanto, de um buraco negro. Em vez disso, uma estrela negra se formaria.

Características hipotéticas de uma estrela negra

O campo gravitacional perto da estrela negra é quase idêntico ao de um buraco negro. Ao contrário de um buraco negro, no entanto, as estrelas negras não têm um horizonte de eventos nem uma singularidade no centro, mas o interior é completamente preenchido com matéria densa. Dentro da estrela negra, a temperatura da estrela aumenta à medida que a distância do centro do corpo celeste diminui. Finalmente, uma estrela negra emite uma radiação semelhante à de Hawking, mas ao contrário da radiação de Hawking, a radiação de estrelas negras carrega informações e, portanto, o princípio da unidade não é violado (não há perda de informação).

Notas

1.Cos'ha detto (davvero) Stephen Hawking sui buchi neri (O que Stephen Hawking (realmente) disse sobre buracos negros)

2.S. W. Hawking. Information loss in black holes. Phys. Rev. D 72, 084013 (2005)

Referências

Carlos Barceló, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego and Matt Visser, Scientific American (October 2009) How Quantum Effects Could Create Black Stars, Not Holes - www.scientificamerican.com

Barceló, C.; Liberati, S.; Sonego, S.; Visser, M. (2008). Fate of gravitational collapse in semiclassical gravity . Physical Review D 77: 044032. doi:10.1103/PhysRevD.77.044032.

Visser, Matt; Barcelo, Carlos; Liberati, Stefano; Sonego, Sebastiano (2009) "Small, dark, and heavy: But is it a black hole?", Bibcode: 2009arXiv0902.0346V, arΧiv:arXiv:0902.0346 [gr-qc]