E se dentro una stella morente nascesse un nuovo universo?

Le stelle brillano perché al loro interno gli atomi si fondono tra loro, un processo chiamato fusione nucleare, che libera una quantità enorme di energia. Questa energia spinge verso l’esterno e bilancia la forza di gravità, che invece vuole far collassare la stella su se stessa. Ma il carburante non dura per sempre. Quando una stella molto grande esaurisce il suo “combustibile”, la fusione si ferma e la gravità vince: la stella inizia a collassare su se stessa a velocità impressionante.

Il problema dei buchi neri

Secondo la teoria classica, se siamo di fronte ad una stella molto grande, con una massa di molto superiore al nostro Sole, il collasso continua finché tutta la massa della stella si concentra in un unico punto microscopico: la singolarità. Ed è qui che nasce il problema…

Come è possibile che miliardi di masse solari si comprimano in un singolo punto? Come può lo spazio-tempo curvarsi all’infinito? In quel momento, le leggi della fisica smettono di funzionare — non sappiamo più cosa succede. I buchi neri, inoltre, nascondono tutto: nemmeno la luce riesce a scappare dal loro confine, chiamato orizzonte degli eventi. Questi problemi hanno spinto alcuni fisici teorici a cercare alternative: oggetti quasi altrettanto compatti e massicci dei buchi neri, ma senza la singolarità e senza l’orizzonte degli eventi.

Cosa sono le gravastar?

Un’alternativa proposta è quella delle gravastar (un nome che unisce “gravitational” e “star”). Si tratta di stelle ultra-compatte che, invece di collassare completamente, sarebbero piene di energia oscura — una forza misteriosa che spinge verso l’esterno, contrastando la gravità. Per capire cosa sia l’energia oscura: è la stessa forza che, su scala cosmica, sta facendo espandere il nostro universo sempre più velocemente.

Anche all’interno delle gravastar, questa energia spingerebbe verso l’esterno, impedendo il collasso totale. Le gravastar sarebbero quasi indistinguibili dai buchi neri dall’esterno — entrambi hanno una gravità fortissima e sono invisibili — ma al loro interno sarebbero fondamentalmente diversi: niente singolarità, niente punto di rottura delle leggi fisiche. Il problema, però, è capire come potrebbero formarsi.

Un Big Bang dentro una stella morente

I fisici Daniel Jampolski e il professor Luciano Rezzolla dell’Università Goethe di Francoforte hanno proposto una soluzione alternativa: invece di formare un buco nero, una stella in collasso potrebbe dare origine a una gravastar, un oggetto ultra-compatto stabilizzato da una regione in espansione di energia oscura.

In pratica: durante il collasso della stella, nel cuore della materia compressa potrebbe nascere un minuscolo universo. Questo universo appena nato sarebbe simile al Big Bang che ha dato origine al nostro cosmo. Anche in questo caso, sarebbe l’energia oscura a guidarne l’espansione. Questa piccola regione in espansione — chiamata tecnicamente una “bolla di de Sitter” — eserciterebbe una pressione verso l’esterno abbastanza forte da fermare il collasso e stabilizzare il sistema, trasformandolo in una gravastar stabile.

Il risultato finale è un equilibrio: il mini-universo si espande verso l’esterno, la materia della stella preme verso l’interno e i due si bilanciano — come in una sorta di braccio di ferro cosmico.

Quando avviene questo “Big Bang” interno?

Jampolski, che ha sviluppato questa soluzione nella sua tesi magistrale sotto la supervisione di Rezzolla, spiega che il Big Bang del nascente universo interno potrebbe avvenire quando la stella è già collassata quasi fino al punto di diventare un buco nero. È solo in condizioni estreme — materia compressa all’inverosimile — che potrebbero entrare in gioco nuove leggi fisiche ancora sconosciute.

Perché è importante?

I risultati offrono un modello in cui il collasso di una stella morente potrebbe innescare la nascita di un universo in miniatura all’interno dell’oggetto collassante. Questa espansione interna, alimentata dall’energia oscura, potrebbe bilanciare la forza di gravità verso l’interno e impedire la formazione di un buco nero. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review D, risponde per la prima volta a una domanda rimasta aperta per circa 25 anni: come nascono le gravastar? Il professor Rezzolla tiene però a precisare: questa ricerca non significa che i buchi neri non esistono. Rimangono la spiegazione più naturale e accettata per la morte delle stelle massive. Ma come ci insegna la storia della scienza, esplorare anche le teorie più “esotiche” è fondamentale — spesso sono proprio quelle che alla fine rivoluzionano la nostra comprensione dell’universo.

Certo è che vien da chiedersi: “Ma l’universo che si forma nel cuore della stella, prima o poi si espanderà?” La risposta, in base a quanto si deduce dallo studio, è “no, non si espande “fuori” dalla stella”, almeno non nel senso in cui lo intendiamo normalmente. Ed è qui che la cosa diventa davvero affascinante.

Un universo “dentro”, ma separato

Secondo il modello proposto da Jampolski e Rezzolla infatti, il mini-universo che nasce durante il collasso si espande in una propria “bolla” di spazio-tempo.

Non cresce dentro la stella come un palloncino che gonfia — cresce in una dimensione separata, inaccessibile dall’esterno. Dall’esterno, la stella collassata appare come una gravastar — un oggetto compattissimo, quasi identico a un buco nero. Nessun segnale del mini-universo interno trapela verso l’esterno. È come una scatola chiusa: dentro potrebbe succedere qualsiasi cosa e noi non lo sapremmo mai.