Empujando nuevos límites en el interior de las estrellas de neutrones
Agrandar / La nueva investigación no ha producido un gran avance, pero ha reducido un poco el tamaño del signo de interrogación. ¿Cómo podemos entender los entornos que no se pueden replicar en la Tierra? Este es un desafío al que los astrofísicos se enfrentan constantemente. En algunos casos, la principal preocupación es averiguar cómo la física bien entendida se aplica a condiciones extremas y luego comparar el resultado de esas ecuaciones con las observaciones. Pero una notable excepción a esto es una estrella de neutrones, donde las ecuaciones relevantes se vuelven completamente imposibles de resolver y las observaciones no brindan muchos detalles. Entonces, si bien estamos bastante seguros de que cerca de la superficie de estos cuerpos hay una capa de neutrones casi puros, no estamos seguros de qué podría existir más adentro. Esta semana, Nature publica un estudio que intenta acercarnos a la comprensión. No nos da una respuesta, todavía hay mucha incertidumbre. Pero es una gran oportunidad para observar el proceso mediante el cual los científicos pueden tomar datos de una variedad de fuentes y eliminar esas incertidumbres.
¿Qué viene después de los neutrones?
La materia que forma las estrellas de neutrones comienza como átomos ionizados cerca del núcleo de una estrella masiva. Una vez que las reacciones de fusión de la estrella dejan de producir suficiente energía para contrarrestar la atracción de la gravedad, esta materia se contrae y experimenta una presión creciente. El poder de refracción es suficiente para romper los límites entre los núcleos atómicos, creando una enorme sopa de protones y neutrones. Eventualmente, incluso los electrones en la región serán forzados a entrar en muchos de los protones, convirtiéndolos en neutrones. Esto finalmente proporciona una fuerza para empujar hacia atrás contra la fuerza aplastante de la gravedad. La mecánica cuántica evita que los neutrones en las proximidades asuman el mismo estado de energía, y esto evita que los neutrones se acerquen, bloqueando así el colapso en un agujero negro. Pero es posible que exista un estado intermedio entre un grupo de neutrones y un agujero negro, un estado en el que los límites entre los neutrones comienzan a romperse, dando como resultado extrañas combinaciones de sus quarks. Estos tipos de interacciones se rigen por la fuerza fuerte que une a los quarks en protones y neutrones, y luego une esos protones y neutrones en núcleos atómicos. Desafortunadamente, los cálculos con la fuerza fuerte son extremadamente costosos computacionalmente. Como resultado, hacer que funcionen con el tipo de energías y densidades que están presentes en una estrella de neutrones simplemente no es posible. Pero eso no significa que estemos atascados. Tenemos aproximaciones a la fuerza fuerte que se pueden calcular a energías relevantes. Y si bien estos nos dejan con incertidumbres significativas, es posible utilizar una variedad de evidencia empírica para limitar estas incertidumbres.
Cómo mirar una estrella de neutrones
Las estrellas de neutrones se destacan por ser increíblemente compactas para su masa, acumulando más de la masa de un sol en un objeto de solo unos 20 km de diámetro. Lo más cercano que conocemos está a cientos de años luz de distancia, y la mayoría están mucho, mucho más lejos. Entonces parece imposible exagerar el mapeo de estos objetos, ¿verdad? Incompleto. Muchas estrellas de neutrones están en sistemas con otro objeto, en algunos casos, una estrella de neutrones. La forma en que estos dos objetos afectan las órbitas de los demás puede decirnos mucho sobre la masa de una estrella de neutrones. La NASA también tiene un Observatorio de Estrellas de Neutrones dedicado adjunto a la Estación Espacial Internacional. NICER (Explorador de composición interior de estrellas de neutrones) utiliza una serie de telescopios de rayos X para obtener imágenes detalladas de las estrellas de neutrones a medida que giran. Esto le permitió, por ejemplo, rastrear el comportamiento de puntos de acceso individuales en la superficie de la estrella. Más importante para este trabajo es que NICER puede detectar la distorsión del espacio-tiempo alrededor de grandes estrellas de neutrones y usar esto para producir una estimación razonablemente precisa de su tamaño. Cuando esto se combina con una estimación sólida de la masa de la estrella de neutrones, es posible calcular la densidad y compararla con el tipo de densidad que esperaría de algo compuesto de neutrones puros. Pero no estamos limitados solo a los fotones cuando se trata de evaluar la composición de las estrellas de neutrones. En los últimos años, se han detectado fusiones de estrellas de neutrones a través de ondas gravitacionales, y los detalles exactos de esta señal dependen de las propiedades de las estrellas que realizan la fusión. Entonces, estas fusiones también pueden ayudar a descartar algunos modelos potenciales de estrellas de neutrones.
