Gracias a una observación rutinaria, un grupo de astrónomos ha logrado descubrir la estrella de neutrones más masiva que se ha observado hasta la fecha. Se trata de un púlsar con una cantidad de masa que lo acerca mucho al máximo teórico…

El colapso de una estrella al final de su vida

La estrella de neutrones más masiva (detectada por el momento) responde al impronunciable nombre de J0740+6620. Está a 4600 años-luz del Sistema Solar y se trata de un púlsar de milisegundo. Hay que recordar que una estrella de neutrones es, en realidad, el cadáver de un astro que ha llegado al final de su vida. Al terminar la fusión de material en su interior, y ser incapaz de contrarrestar su propia gravedad, la estrella explota en forma de supernova, si es suficientemente masiva (el Sol no lo es). Tras de sí solo queda el núcleo de la vieja estrella.

Detectan la estrella de neutrones más masiva... por ahora
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Concepto artístico de la explosión de una supernova. Crédito: European Southern Observatory/M. Kornmesser

En función de su masa, el colapso puede ser total, dejando un agujero negro en su lugar. Es decir, no hay nada que impida el colapso de la estrella y se convierte en uno de los objetos más densos del universo. Pero si su masa no es tan grande, entonces algo ejerce la presión necesaria para impedir el colapso. En el caso de las enanas blancas, la presión ejercida por los electrones detiene el colapso. Es el destino de estrellas menos masivas que, además, no explotan como supernova. En el punto intermedio nos encontramos con las estrellas de neutrones.

Son tan masivas que los electrones no pueden detener el colapso. La estrella sigue sucumbiendo bajo su propio peso, provocando que los protones y los electrones se unan y formen neutrones. Estos sí logran detener el colapso y queda, como resultado final, una estrella de neutrones. Un objeto muy denso que, en un diámetro de apenas unas decenas de kilómetros, confina una masa superior a la del Sol. El límite inferior es, aproximadamente, 1,4 masas solares. Es decir, una masa un 40% superior a la del Sol ocupando un tamaño muy pequeño.

Es la estrella de neutrones más masiva de forma temporal (probablemente)

Lo que no está tan claro, sin embargo, es cuál es la masa máxima. ¿Dónde está el límite a partir del que el colapso es imparable y solo nos queda un agujero negro? J0740+6620 está muy cerca del límite máximo, que se estima que podría estar en 2,16 masas solares. Concretamente, se calcula que tiene un diámetro de 25 kilómetros y 2,14 masas solares. Es toda una bestia. Por ponerlo en perspectiva, en apenas 25 kilómetros de diámetro, el tamaño de una ciudad, se concentra la masa de dos estrellas como el Sol y un poco más. Es un objeto extremo.

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Imagen compuesta por el espectro de rayos X y visible de la Nebulosa del Cangrejo, en cuyo interior se encuentra un púlsar. Crédito: NASA

Pero, teniendo en cuenta el límite máximo, parece razonable suponer que se podría detectar una estrella de neutrones aún más masiva en el futuro. El descubrimiento es muy interesante porque permite dos cosas. Por un lado, encontrar cuál es ese límite superior. Por otro, entender mejor cómo son las condiciones, y la física, en un entorno con una densidad tan elevada. Allí se podría encontrar material exótico, como elementos en un estado especial, que simplemente no se puede replicar en un laboratorio en la Tierra. El interior es todo un enigma.

Porque se ha planteado que, bajo la superficie de las estrellas de neutrones, podríamos encontrarnos con los quarks, los componentes de los protones y los neutrones. Las partículas subatómicas más pequeñas conocidas. Se ha planteado que podría haber otras incluso más pequeñas, pero a nivel teórico. Por ejemplo, en el interior de los quarks podrían esconderse las llamadas cuerdas. Un componente esencial en ideas como la de la teoría de cuerdas, que buscan lograr unir el mundo de lo muy grande, donde reina la gravedad, y el mundo de lo muy pequeño.

Una enana blanca es la culpable del descubrimiento

Pero ¿cómo se ha logrado realizar este descubrimiento? La principal culpable ha sido la compañera de la propia estrella de neutrones. Se trata de una enana blanca, el cadáver de una vieja estrella que tuvo una masa similar a la del Sol. Así como, también, del hecho de que J0740+6620 sea un púlsar. Es decir, una estrella de neutrones que emite un haz de radiación en la dirección de sus polos. Y, además, es un púlsar de milisegundo. Completa cientos de vueltas sobre su eje en menos de un segundo. La combinación de ambos factores ha sido clave.

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Recreación artística de una enana blanca con un disco de restos estelares. Crédito: ESA/Hubble

Junto a algo conocido como el efecto Shapiro, que explica que una señal que pase cerca de un objeto masivo tardará más tiempo en viajar por culpa de la presencia de ese objeto. En este caso, la gravedad de la enana blanca deforma el tejido del espacio-tiempo a su alrededor, y lo hace de una forma proporcional a su propia masa. Esa deformación provoca que la luz del púlsar, al pasar por su región, tarde un poco más en viajar (apenas millonésimas de segundo). Calculando ese retraso, se puede deducir la masa de la enana blanca.

Después, analizando cómo se orbitan el púlsar y la enana blanca, es posible deducir la masa del primero, llegando a la conclusión de que nos encontramos ante la estrella de neutrones más masiva vista por el momento. El hallazgo ha sido posible gracias al observatorio de Green Bank, que está intentando captar ondas gravitacionales de púlsares. Lo más curioso es que ha sido parte del trabajo rutinario del observatorio. Habrá que prestar atención… ¿se descubrirá una estrella de neutrones aún más masiva en los próximos años?

Referencias: Space