Un grupo de investigadores plantea que las estrellas de neutrones pasan por una fase especial que permite que se pueda formar algo denominado «pasta nuclear». Las estrellas de neutrones no son solo uno de los objetos más extremos del universo, también uno de los más misteriosos…

La pasta nuclear como consecuencia de una fase nueva

Las estrellas de neutrones son objetos extremos. En un radio de apenas 12 kilómetros, nos encontramos con hasta más del doble de la masa del Sol. La materia está tan apelotonada que es cinco veces más densa que un núcleo atómico. Junto a los agujeros negros, son los objetos más densos del universo. En condiciones extremas, la materia puede entrar en un estado exótico. Una hipótesis plantea que los bloques básicos de los núcleos atómicos (protones y neutrones) pueden deformarse en láminas y cuerdas. De ahí el término de pasta nuclear.

Una nueva fase que permite la aparición de pasta nuclear
Concepto artístico del choque de estrellas de neutrones. Crédito. NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Algunos expertos llaman así a ese estado porque, en cierto modo, esas láminas y cuerdas recuerdan a la lasaña y los espaguetis. Ahora, un grupo de investigadores se ha fijado en un marco teórico para investigar el estado de la materia en la corteza interior de las estrellas de neutrones. Han observado que los neutrones y protones pueden «gotear» desde los núcleos atómicos y estabilizar esa «pasta nuclear». Las estrellas de neutrones se forman cuando las estrellas masivas llegan al final de su vida y explotan en forma de supernova. Las capas exteriores son expulsadas al espacio.

El interior, por su parte, colapsa. Los átomos son aplastados entre sí, por la enorme fuerza de la gravedad. A pesar de repelerse, los electrones (cargados negativamente) son tan presionados contra los protones (cargados positivamente), en el núcleo atómico, que se transforman en neutrones. La interacción nuclear fuerte evita que el colapso pueda continuar. Por lo que se forma una estrella de neutrones. Está compuesta, aproximadamente, por un 95% de neutrones y apenas un 5% de protones. La idea general está bien entendida.

Las particularidades de las estrellas de neutrones

El grupo de investigadores está formado por expertos en física nuclear teórica. Naturalmente, las estrellas de neutrones son uno de sus intereses. En su trabajo actual, se han centrado en la corteza de estos objetos tan extremos. La materia, en la corteza exterior, no es tan densa como en el interior. Es decir, en la región exterior todavía nos encontramos con núcleos atómicos. Las cosas cambian al fijarse en la región interior. La densidad aumenta y, además, se crea un exceso de neutrones en los núcleos atómicos presentes en esa región.

Después, los neutrones pueden «gotear» desde esos núcleos, en un fenómeno al que denominan «goteo de neutrones». Por lo que podemos imaginar que los núcleos atómicos «nadan» en una especie de salsa de neutrones. Los investigadores se han preguntado si, del mismo modo, los protones también podrían terminar goteando desde esos núcleos. Explican que no había muchos trabajos al respecto y era difícil encontrar una respuesta. Por lo que decidieron calcular el estado de esa materia nuclear bajo las condiciones en la corteza de una estrella de neutrones.

A diferencia de otros trabajos, calcularon directamente su energía como una función de la fracción de protones. Además, han tenido en cuenta las interacciones entre pares de partículas y entre tres nucleones. Explican que el método fue exitoso. Los investigadores lograron demostrar que los protones, en la corteza interior, pueden gotear y abandonar el núcleo atómico. Por lo que el fenómeno también existe en los protones. Esta fase de los protones, además, coexiste con la de los neutrones. Así que contaban con todos los ingredientes necesarios…

El interés de la fase de pasta nuclear

La presencia de esta fase en los protones, explican, favorece el fenómeno de la pasta nuclear. Gracias a los protones añadidos a la «salsa», los nucleones (es decir, los protones y neutrones) pueden existir en forma de láminas y cuerdas. Esto ha permitido comprender mejor cuál es el aspecto de la materia nuclear que está contenida en la corteza de las estrellas de neutrones. Algo que resulta muy importante porque, como explican los investigadores, cuanto mejor se puedan describir las estrellas de neutrones, mejor se podrán comparar con lo observado.

La radiación del pulsar PSR B1509-58 (una estrella de neutrones con una velocidad de rotación altísima) provoca que el gas a su alrededor brille de color en esta imagen en rayos X, e ilumina el resto de la nebulosa, vista en infrarrojos.

Las estrellas de neutrones son muy difíciles de estudiar. Por ejemplo, el radio de una solo se puede deducir de manera indirecta, a partir de los efectos gravitacionales en otra estrella de neutrones. Hay algunos fenómenos que sí se han podido observar (y de hecho con cierta facilidad). Es el caso de las emisiones pulsantes de radio, emitidas por algunas de estas estrellas de neutrones, que han sido observadas en multitud de ocasiones. Son lo que conocemos como púlsares. De hecho, son tremendamente útiles en el estudio de la Vía Láctea.

Este nuevo trabajo permite mejorar la comprensión de las estrellas de neutrones, al menos a nivel teórico. Es algo que permite descubrir más pistas sobre estos objetos tan misteriosos. Para bien o para mal, es una de las pocas maneras de poder estudiar estos objetos. No hay ninguna forma de poder analizar el interior de una estrella de neutrones, de manera directa, porque, a fin de cuentas, ni siquiera tenemos la tecnología para enviar naves lejos del Sistema Solar… En cualquier caso, esto no impide que se pueda seguir avanzando…

Estudio

El estudio es J. Keller, K. Hebeler, C. Pethick et al.; «Neutron Star Matter as a Dilute Solution of Protons in Neutrons». Publicado en la revista Physical Review Letters el 7 de junio de 2024. Puede consultarse en este enlace.

Referencias: Phys