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Cronos Mar del Plata

Las estrellas de neutrones son como bombones

Las estrellas de neutrones se parecen a los bombones. ¿Quieres descubrir por qué?

Curiosidades GDS Interesante 29 de noviembre de 2022
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A través de extensos cálculos de modelos, los físicos de la Universidad Goethe de Frankfurt han llegado a conclusiones generales sobre la estructura interna de las estrellas de neutrones, donde la materia alcanza densidades enormes: dependiendo de su masa, las estrellas pueden tener un núcleo muy rígido o muy blando.
Hasta el momento, se sabe poco sobre el interior de las estrellas de neutrones, esos objetos extremadamente compactos que pueden formarse después de la muerte de una estrella: la masa de nuestro sol o incluso más se comprime en una esfera con el diámetro de una gran ciudad. 

 
 
Lo que sabemos con seguridad es que allí la materia está tan concentrada (con una densidad mil billones de veces la del agua) y se encuentra a unas presiones tan elevadas que no se presenta en forma de átomos. Lo que se tiene es una especie de sopa de neutrones y otras partículas subatómicas que tienen nombres tan peculiares como el de piones. La estructura de la estrella, que colapsaría por acción de la gravedad, se soporta debido a la presión de degeneración

Para entenderla pensemos en lo que ocurre en los bares durante las fiestas: están tan abarrotados que no cabe, como vulgarmente se dice, ni un alfiler. Si quisiéramos entrar deberíamos vencer la presión que ejercen las demás personas, que parecen estar prácticamente pegadas. Lo mismo ocurre en el interior de las estrellas de neutrones: el peso de la estrella, que tiende a concentrar toda la masa de la estrella en el centro, no vence porque dos partículas de materia no pueden ocupar el mismo sitio al mismo tiempo.

Desde su descubrimiento hace más de 60 años, los científicos han estado tratando de descifrar su estructura. El mayor desafío es simular las condiciones extremas dentro de las estrellas de neutrones, ya que difícilmente se pueden recrear en la Tierra en el laboratorio. Por lo tanto, hay muchos modelos en los que varias propiedades, desde la densidad y la temperatura, se describen con la ayuda de las llamadas ecuaciones de estado. Estas ecuaciones intentan describir la estructura de las estrellas de neutrones desde la superficie estelar hasta el núcleo interno.
Ahora, los físicos de la Universidad Goethe de Frankfurt han logrado agregar más piezas cruciales al rompecabezas. El grupo de trabajo dirigido por el Prof. Luciano Rezzolla en el Instituto de Física Teórica desarrolló más de un millón de ecuaciones de estado diferentes que satisfacen las restricciones establecidas por los datos obtenidos de la física nuclear teórica por un lado y por las observaciones astronómicas por el otro. 

Al evaluar las ecuaciones de estado, el grupo de trabajo hizo un descubrimiento sorprendente: las estrellas de neutrones "ligeras" (con masas menores de aproximadamente 1,7 masas solares) parecen tener un manto blando y un núcleo rígido, mientras que las estrellas de neutrones "pesadas" (con masas mayores de 1,7 masas solares) tienen en cambio un manto rígido y un núcleo blando. “Este resultado es muy interesante porque nos da una medida directa de cuán comprimible puede ser el centro de las estrellas de neutrones.
Crucial para esta idea fue la velocidad del sonido, un enfoque de estudio del estudiante de licenciatura Sinan Altiparmak. Esta medida de cantidad describe qué tan rápido se propagan las ondas de sonido dentro de un objeto y depende de qué tan rígida o blanda sea la materia. Aquí en la Tierra, la velocidad del sonido se utiliza para explorar el interior del planeta y descubrir depósitos de petróleo.

Al modelar las ecuaciones de estado, los físicos también pudieron descubrir otras propiedades de las estrellas de neutrones que no habían sido explicadas previamente. Por ejemplo, independientemente de su masa, muy probablemente tengan un radio de solo 12 km. Por lo tanto, son tan grandes en diámetro como la ciudad natal de la Universidad de Goethe, Frankfurt. autor dr Christian Ecker explica: “Nuestro extenso estudio numérico no solo nos permite hacer predicciones sobre los radios y las masas máximas de las estrellas de neutrones, sino también establecer nuevos límites sobre su deformabilidad en sistemas binarios, es decir, cuán fuertemente se distorsionan entre sí a través de sus campos gravitatorios. Estos conocimientos serán particularmente importantes para identificar la ecuación de estado desconocida con futuras observaciones astronómicas y detecciones de ondas gravitacionales de estrellas fusionadas”.

Entonces, aunque la estructura y composición exactas de la materia dentro de las estrellas de neutrones sigue siendo un misterio, la espera hasta su descubrimiento ciertamente puede endulzarse con un chocolate o dos.

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