¿Qué hay realmente dentro de una estrella de neutrones?
ASTROFÍSICA.
Imagina coger toda la masa del Sol (una esfera 1,3 millones de veces más grande que la Tierra) y comprimirla violentamente hasta que quepa en el espacio de una ciudad como Madrid o Nueva York.
El resultado de este colosal cataclismo cósmico es una estrella de neutrones, uno de los objetos más extremos, densos y enigmáticos del universo.
Foto: Wikimedia Commons.
Durante décadas, los astrofísicos han contemplado estos cadáveres estelares con una mezcla de fascinación y frustración. Sabemos cómo nacen —tras la espectacular explosión de una supernova— y sabemos cómo se comportan por fuera. Pero ¿qué aspecto tiene su interior? Si pudieras descender a las profundidades de este monstruo gravitatorio sin ser desintegrado al instante, ¿con qué te encontrarías?
La respuesta nos lleva a un viaje a través de capas de materia cada vez más exóticas, hasta tropezar con una de las preguntas más fascinantes de la física moderna: ¿existe allí dentro la legendaria materia de quarks extraños?
El viaje al interior: Un hojaldre de densidad nuclear.
Para entender el interior de una estrella de neutrones, debemos olvidar todo lo que sabemos sobre la materia cotidiana. Aquí, la gravedad es tan brutal que los átomos colapsan; los electrones son aplastados contra los protones y se fusionan, transformando casi todo el astro en un mar de neutrones.
Si peláramos una estrella de neutrones como una fruta, nos encontraríamos con una estructura de capas bien diferenciadas:
- La atmósfera y la corteza exterior: Una capa increíblemente delgada (de apenas unos centímetros a metros) de hierro cristalizado. Debido a la gravedad, esta superficie es miles de millones de veces más rígida que el acero y prácticamente perfecta, con "montañas" que apenas levantan unos milímetros del suelo.
- La corteza interior: A medida que descendemos, la presión aumenta drásticamente. Los núcleos atómicos comienzan a disolverse. Es aquí donde los físicos teóricos sitúan la llamada "pasta nuclear". Debido a la competencia entre la repulsión eléctrica y la fuerza nuclear fuerte, los protones y neutrones se organizan en formas que recuerdan a los espaguetis, las láminas de lasaña o los ñoquis. Es la materia más dura del universo.
- El núcleo externo: Superada la pasta nuclear, los núcleos se rompen por completo. Lo que queda es un fluido de neutrones casi puro, un "superfluido" que fluye sin fricción, salpicado por algunos protones y electrones que actúan como un superconductor.
Sin embargo, el verdadero misterio no está en la corteza, sino en el mismísimo centro del astro: el núcleo interno.
El enigma del núcleo: ¿Sopa de quarks o hiperones?.
En el corazón de la estrella, la densidad es tan inimaginable que supera la de un núcleo atómico ordinario. Las teorías físicas tradicionales empiezan a tambalearse. ¿Qué aspecto tiene este núcleo interno?
Existen dos grandes bandos en la ciencia actual para explicarlo:
- La hipótesis de los hiperones: Los neutrones y protones (que son bariones) se comprimen tanto que la energía del sistema prefiere crear partículas más pesadas y exóticas llamadas hiperones, que contienen quarks "extraños".
- La hipótesis de la materia de quarks libres: La presión es tan asfixiante que los neutrones directamente se "derriten". Los quarks que los componen (que normalmente están fuertemente confinados) se liberan, creando una densa sopa primordial conocida como plasma de quarks y gluones.
Y es aquí donde entra en juego la sustancia más peligrosa y fascinante del cosmos.
El Santo Grial de la astrofísica: La materia de quarks extraños.
En condiciones normales, los protones y neutrones están hechos de dos tipos de quarks: up (arriba) y down (abajo). Sin embargo, los físicos teorizan que bajo las presiones extremas del núcleo de una estrella de neutrones, la mitad de los quarks down podrían transformarse en un tipo diferente: el quark strange (extraño).
Esto daría lugar a la materia de quarks extraños (SQM, por sus siglas en inglés). Lo fascinante —y terrorífico— de esta sustancia es que, según algunas hipótesis como la conjetura de Bodmer-Witten, podría ser el estado más estable de la materia en el universo.
¿Qué significa esto? Significa que la materia común (de la que estamos hechos tú, la Tierra y las estrellas) sería en realidad un estado "metaestable" o temporal. Si un fragmento de materia de quarks extraños (llamado strangelet) entrara en contacto con materia normal, la contagiaría instantáneamente, obligando a sus átomos a colapsar y transformarse en materia extraña. Una reacción en cadena que podría consumir un planeta entero en cuestión de segundos.
¿Existen las "estrellas extrañas"?
Si el núcleo de una estrella de neutrones se transforma por completo en esta sopa de quarks up, down y strange, el astro dejaría de ser una estrella de neutrones para convertirse en una estrella de quarks o estrella extraña.
A simple vista, una estrella extraña se parecería mucho a una de neutrones, pero sería ligeramente más pequeña, más densa y no tendría una corteza de "pasta nuclear", sino una superficie abrupta de materia pura de quarks, sostenida por una colosal fuerza eléctrica.
¿Cómo estamos resolviendo el misterio?
Dado que no podemos viajar a una estrella de neutrones (la más cercana está a cientos de años luz y su gravedad nos desintegraría), los científicos utilizan mensajeros cósmicos para espiar su interior:
- Ondas gravitacionales: Cuando dos estrellas de neutrones chocan, hacen temblar el tejido del espacio-tiempo. Los detectores como LIGO y Virgo analizan estas vibraciones. La forma en que las estrellas se deforman justo antes de chocar (su "afectabilidad de marea") revela si por dentro son rígidas como los neutrones o más "blandas" como una sopa de quarks.
- El telescopio NICER de la NASA: Instalado en la Estación Espacial Internacional, este instrumento mide con precisión milimétrica el tamaño y la masa de los púlsares (estrellas de neutrones que rotan velozmente). Al cruzar estos datos, los astrónomos descartan los modelos teóricos que no encajan.
Por ahora, los datos de NICER y de las ondas gravitacionales sugieren que el interior de las estrellas de neutrones es ligeramente más rígido de lo que predecían los modelos de quarks puros. Esto apunta a que el interior podría ser una fase mixta: un núcleo donde los neutrones coexisten con quarks que empiezan a liberarse, o bien una transición abrupta que la ciencia aún intenta comprender.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings