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1 de Mayo de 2019
Astrofísica

El interior de las estrellas de neutrones

En el seno de estos astros, las fuerzas nucleares y la gravedad operan en los límites de la física conocida. Varias observaciones recientes han abierto un nuevo camino para descifrar sus enigmas.

ILUSTRACIÓN DE FOREAL

En síntesis

Las estrellas de neutrones son remanentes de explosiones de supernova. Con una masa similar a la del Sol y un radio de pocos kilómetros, constituyen la forma de materia más densa del universo conocido.

En su interior, la gravedad comprime los protones y los electrones hasta formar neutrones. Pero se ignora qué estado adoptan estos: ¿se organizan en un superfluido, carente de viscosidad, o se disgregan en sus quarks constituyentes?

La reciente detección de las ondas gravitacionales generadas por el choque de dos estrellas de neutrones y otros experimentos prometen allanar el camino para entender mejor estos enigmáticos objetos.

Cuando una estrella veinte veces mayor que el Sol llega al final de su vida, se convierte, en palabras del astrofísico Zaven Arzoumanian, «en el objeto más extravagante del que nunca haya oído hablar la mayoría de la gente»: un astro del tamaño de una ciudad y con una densidad inverosímil conocido como estrella de neutrones. Un pedazo del tamaño de una pelota de ping-pongpesaría más de mil millones de toneladas. En el interior de la estrella, la enorme gravedad provoca que los protones se fundan con los electrones. Ello da lugar a un objeto compuesto en su mayor parte por neutrones, de ahí su nombre. Pero el asunto no está ni mucho menos zanjado: nadie ha visto de cerca una de estas estrellas, y ningún laboratorio terrestre puede crear nada remotamente cercano a tales densidades, por lo que su estructura interna sigue siendo uno de los mayores misterios de la astronomía. «Se trata de materia que ha alcanzado la mayor densidad estable que permite la naturaleza, en una configuración que no entendemos», continúa Arzoumanian, quien trabaja en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA. También se trata de la forma de materia con mayor atracción gravitatoria: si añadiésemos algo más de masa, el conjunto se convertiría en un agujero negro, cuyo interior no está hecho de materia, sino de puro espacio curvo. «Lo que tratamos de averiguar es qué sucede en ese límite», explica Arzoumanian.

Al respecto hay diferentes teorías. Algunas postulan que estos objetos constan de neutrones normales y quizá de algún que otro protón. Otras proponen alternativas mucho más extrañas. Quizá los neutrones se descompongan en sus partículas constituyentes, quarks y gluones, y estas naden libremente en un mar superfluido. O tal vez estas estrellas se compongan de materia aún más exótica, como hiperones, partículas que no constan de los quarks habituales arriba y abajo, sino de sus primos más pesados, los quarks extraños.

No hay una manera sencilla de dilucidar cuál de estas teorías es la correcta, pero en los últimos años se han hecho progresos. En agosto de 2017 se presentó una gran oportunidad: dos experimentos detectaron las ondas gravitacionales (perturbaciones del espaciotiempo producidas por la aceleración de objetos de gran masa) procedentes de lo que parecía ser una colisión de dos estrellas de neutrones. Esas ondas transportaban información sobre la masa y el tamaño de los objetos que chocaron. Gracias a ello, los astrónomos pudieron imponer nuevos límites a sus propiedades y a su posible composición.

Otras pistas proceden del Explorador de la Composición Interior de las Estrellas de Neutrones (NICER), un experimento que desde junio de 2017 opera en la Estación Espacial Internacional. NICER observa púlsares: estrellas de neutrones muy magnetizadas que rotan a gran velocidad y que emiten haces de radiación que barren el cielo. Debido a ello, desde la Tierra se ven como faros que se encienden y se apagan a un ritmo de cientos de veces por segundo. Gracias a estos y otros experimentos, los investigadores están hoy más cerca de averiguar qué esconde el interior de las estrellas de neutrones. Si lo logran, no solo habrán entendido un tipo de astro muy singular, sino también los límites fundamentales de la materia y de la gravedad.

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