¿Y si hubiese una forma de estudiar el interior de las estrellas de neutrones? Estos objetos extremos, producto del final de la vida de estrellas más masivas que el Sol, son muy atractivos. Su estructura interna y sus particularidades son objeto de estudio desde hace décadas…
El interior de las estrellas de neutrones es extremo
Imaginemos que, de alguna manera, pudiésemos comprimir una estrella con el doble de masa que el Sol y reducirla al tamaño de la isla de Manhattan. Si fuésemos capaces de realizar una tarea así, obtendríamos una estrella de neutrones. Se trata de uno de los objetos más densos que podemos encontrar en el universo. Su densidad es superior a la de cualquier material hallado en la Tierra, superándola en un factor de decenas de billones. Las estrellas de neutrones son objetos astrofísicos extraordinarios por sí mismos, pero esa densidad extrema es también un gran reclamo.
En esencia, permite que se utilicen como laboratorios para poner a prueba las preguntas fundamentales de la física nuclear, bajo condiciones que no podrían reproducirse, de ninguna manera, en nuestro planeta. Debido a estas características exóticas, los científicos no comprenden de qué están compuestas, exactamente, las estrellas de neutrones. O lo que es lo mismo, cuál es su «ecuación de estado». Determinarlo es uno de los grandes objetivos de la investigación astrofísica moderna. Un nuevo estudio pone límites a las posibilidades.
Es una pieza más en el rompecabezas para lograrlo. Naturalmente, lo ideal sería poder observar el interior de uno de estos objetos de manera directa. Pero son muy pequeños y están demasiado lejos como para poder ser analizados con telescopios tradicionales. Así que, en su lugar, hay que apoyarse en las propiedades indirectas que sí se pueden medir. Cosas como la masa y el radio de la estrella de neutrones. De esta manera, se puede calcular su ecuación de estado. De la misma manera que podemos usar dos lados de un triángulo, de ángulo recto, para obtener su hipotenusa.
La dificultad de realizar mediciones
El problema es que es muy difícil determinar, con precisión, el radio de una estrella de neutrones. Una alternativa prometedora, para las observaciones que se realicen en el futuro, es utilizar algo denominado pico de frecuencia espectral (o f2) en su lugar. Pero ¿cómo se mide f2? Las colisiones entre estrellas de neutrones, que están gobernadas por la teoría de la relatividad de Albert Einstein, desembocan en ráfagas de emisión de ondas gravitacionales. En 2017, se produjo un hito histórico al lograr medir por primera vez este tipo de fenómeno.
Los investigadores, de un nuevo estudio, explican que, en principio, el pico de frecuencia espectral se puede calcular a partir de la señal de la onda gravitacional emitida por los restos de dos estrellas de neutrones fusionadas (tras una colisión). Hasta ahora, se esperaba que f2 fuese una aproximación razonable del radio de la estrella. Se creía que existía una correspondencia directa, casi universal, entre ambos términos. Sin embargo, en el estudio han demostrado que no siempre sucede así. Determinar la ecuación de estado no es como obtener una hipotenusa.
En su lugar, es más similar a intentar calcular el lado más largo de un triángulo irregular. Para ello hace falta un tercer punto de información: el ángulo entre los dos lados más cortos. En el caso que nos ocupa, ese tercer dato es la pendiente de la relación masa-radio. En ella se contiene la información sobre la ecuación de estado en densidades más altas (y condiciones más extremadas) además del radio. El hallazgo no es menor, porque permitirá utilizar este conocimiento al trabajar con los nuevos observatorios de ondas gravitacionales.
Los nuevos observatorios ayudarán a estudiar el interior de las estrellas de neutrones
Los detectores de ondas gravitacionales LIGO ya tienen un sucesor. En realidad, las instalaciones están siendo mejoradas para aumentar su sensibilidad. Este estudio va a permitir que los datos recogidos, tras una fusión de estrellas de neutrones, se puedan utilizar con mucho más éxito. Según explican, los datos podrían ayudar a desvelar los componentes fundamentales de la materia de este tipo de estrellas. Algunas predicciones teóricas sugieren que, en el núcleo de esas estrellas, las transiciones de fase podrían disolver los neutrones en quarks.
Hay que recordar que los quarks son partículas subatómicas, son los componentes de protones y neutrones. Esto querría decir que, en el interior de las estrellas de neutrones, nos encontraríamos con un océano de materia formada por quarks libres. Es algo que se viene planteando desde hace años, pero que todavía no se ha logrado confirmar. En este sentido, los investigadores esperan que su trabajo sea útil para que, en el futuro, se pueda determinar si este tipo de transición de fase tiene lugar, como se viene sospechando.
Las estrellas de neutrones nos ofrecen un vistazo a algunas de las condiciones más extremas del universo. Es en la violenta colisión de este tipo de cadáveres estelares donde, por ejemplo, se forman elementos como el oro. Por extraño que pueda parecer, si tenemos algo de oro en nuestra casa, tenemos un fragmento producido en la colisión de dos estrellas así hace miles de millones de años. Estos objetos extremos seguirán estando de actualidad en los próximos años, porque la llegada de nueva tecnología presenta nuevas oportunidades para entender su naturaleza…
Estudio
El estudio es C. Raithel y R. Most; «Characterizing the Breakdown of Quasi-universality in Postmerger Gravitational Waves from Binary Neutron Star Mergers». Publicado en la revista The Astrophysical Journal el 13 de julio de 2022. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
