Las estrellas de neutrones son como bombones de chocolate cósmicos

Un grupo de científicos realizó un descubrimiento sorprendente en torno a las estrellas de neutrones: su interior sería similar a los bombones de chocolate: las estrellas de neutrones ligeras se parecen a los bombones que tienen una avellana en el centro rodeada de chocolate suave (un manto blando y un núcleo rígido), mientras que las estrellas más pesadas se asemejan a los bombones con una capa dura de chocolate, que protege un relleno suave (un manto rígido y un núcleo blando). 

Investigadores de la Universidad Goethe de Frankfurt, en Alemania, han avanzado en la descripción de la estructura de las estrellas de neutrones, uno de los objetos cósmicos más desconocidos y desafiantes para la ciencia. Luego de realizar más de un millón de ecuaciones de estado diferentes, que se basan en los datos obtenidos por la física nuclear teórica y por las observaciones astronómicas, los científicos pudieron determinar la configuración a grandes rasgos de las estrellas de neutrones ligeras y pesadas. 

Livianas y pesadas

En un descubrimiento sugerente y atractivo desde distintos puntos de vista, hallaron que las estrellas de neutrones serían bastante parecidas a los deliciosos bombones de chocolate que podemos disfrutar aquí en la Tierra. 

Las estrellas de neutrones más ligeras, o sea con 1,7 masas solares o menos, dispondrían de un manto blando y un núcleo rígido, como en el caso de los bombones dominados por un fruto seco en su centro. En tanto, las estrellas de neutrones más pesadas, o sea con más de 1,7 masas solares, contarían con un manto rígido y un núcleo blando, del mismo modo que los bombones con un caparazón de chocolate más grueso. 

La comparación “gastronómica” sirve para entender, a través de un ejemplo práctico, como podrían ser en realidad estas fascinantes estructuras cósmicas, que son los objetos más densos del Universo luego de los agujeros negros. El nuevo estudio ha sido publicado recientemente en dos artículos de la revista The Astrophysical Journal Letters.

Según una nota de prensa, hasta el momento se sabe poco sobre el interior de las estrellas de neutrones. Los científicos sí conocen las condiciones de su formación, que se produce después de la muerte de una estrella supergigante masiva, de la masa de nuestro Sol o incluso más, que se comprime en una esfera con el diámetro de una gran ciudad, o sea alrededor de 20 kilómetros. 

Revelando misterios

Luego de 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, en las cuales una enorme cantidad de energía ha quedado contenida y comprimida en una extensión mucho menor a la que disponía cuando la estrella original se encontraba activa. 

Algunas investigaciones previas sostienen que las estrellas de neutrones poseen una acumulación de material similar a una “pasta” de núcleos atómicos en su interior, como resultado de la extrema presión. En cambio, otros estudios sugieren que las presiones se vuelven tan extremas que los núcleos atómicos se eliminan por completo, creando una especie de material condensado o "sopa" conformada por cuarks, que son partículas subatómicas elementales cuyas fuertes interacciones constituyen la materia de los núcleos atómicos.

Ondas sonoras

Ahora, los investigadores alemanes han logrado relacionar en sus ecuaciones la presión, la temperatura y el volumen de las estrellas de neutrones, a partir de los datos teóricos y las observaciones conocidas. Utilizando esta información, el equipo de científicos desarrolló una descripción de la estructura interna de las estrellas de neutrones, que depende de la escala de la velocidad del sonido en estos objetos cósmicos. Esto se debe a que las ondas sonoras pueden revelar la estructura del interior de un objeto, ya sea un planeta o una estrella.

Las ondas acústicas que rebotan en las estrellas pueden revelar lo que sucede en su interior, al igual que las ondas sísmicas en la Tierra se propagan de manera diferente de acuerdo a la densidad de los materiales que atraviesan, revelando estructuras y capas. Los investigadores creen que tanto la descripción obtenida como las ecuaciones desarrolladas podrán ser utilizadas en futuras observaciones, para resolver finalmente los misterios relacionados con las estrellas de neutrones.

Referencias

A General, Scale-independent Description of the Sound Speed in Neutron Stars. Christian Ecker and Luciano Rezzolla. The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac8674

On the Sound Speed in Neutron Stars. Sinan Altiparmak, Christian Ecker and Luciano Rezzolla. The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac9b2a