Un elenco de investigadores finlandeses ha encontrado sólidas pruebas de la existencia de un tipo de materia que Hasta ahora había sido solamente teórico. Versa de «materia exótica de quark» y se encuentra en el interior de las mayores estrellas de neutrones que existen. El hallazgo, que se acaba de publicar en «Nature Physics», se generó al combinar próximos resultados de estudios de física de partículas y nucleares con mediciones de ondas gravitacionales generadas, precisamente, por esta clase de cadáveres estelares. Toda la materia que nos rodea está formada por átomos, con densos núcleos en sus centros sucesos de protones y neutrones. Los núcleos atómicos están rodeados por una nube de electrones de carga negativa, y en la inmensa mayoría de los materiales existe una considerable distancia entre un átomo y el contiguo. Sin embargo eso es Sólo el estado «normal» de la materia. En condiciones extremas, la gravedad puede llegar a hacer que los átomos se acerquen unos a otros hasta el punto de perder sus electrones. Y Todavía más allá, aun a obtener que los propios núcleos, acto seguido desnudos, se junten para dar manera a una materia extraordinariamente densa. Uno de los lugares más extremos del Universo
Lo cierto es que en el Universo existen pocos lugares más extremos que las estrellas de neutrones. Versa de auténticos «cadáveres estelares» que se constituyen en el momento una estrella que en origen era Varios veces mayor que el Sol agota su combustible, el que le permte continuar ardiendo. La energía generada por la fusión nuclear en los núcleos de las estrellas es la única fuerza capaz de oponerse a la presión gravitatoria, que trata de comprimirlas. Y en el horario el combustible que mantiene el horno de fusión encendido se termina, nada puede discrepar a la gravedad, que empieza a aplastar a la estrella. Al permanente, lo que era una bola ardiente de gas con un radio de millones de kilómetros (el radio de la gigante Betelgeuse, por poner un ejemplo, es de 617 millones de km) queda aplastado y reducido a una densa bola de materia súper comprimida de alrededor una decena de kilómetros. Una cucharadita de café llena de esa materia pesaría más que el monte Everest. Un núcleo atómico de decenas de kilómetros
Los científicos saben que dentro de las estrellas de neutrones, la materia atómica se colapsa en materia nuclear inmensamente densa, en la que protones y neutrones están tan juntos que la estrella entera, o lo que queda de ella, podría considerarse De La misma manera que un gran y único núcleo atómico. Muchos, Pero, llevaban décadas preguntándose si en el interior más profundo de las estrellas de neutrones la materia podría colapsar aún más, hasta un hipotético y exótico estado llamado «materia de quark», en la que los propios protones y neutrones se han dividido en sus piezas fundamentales (cada uno está formado por tres quarks) formando una sopa ultradensa en la que ni siquiera las partículas que formaban los núcleos atómicos pueden ya existir. Y en seguida, un club de investigadores de la Universidad de Helsinki dice que la contestación a esa pregunta es un rotundo sí. «Confirmar la existencia de núcleos de quark dentro de las estrellas de neutrones – asegura Aleksi Vuorinen, uno de los autores del artículo- ha sido uno de los objetivos más importantes de la física de estrellas de neutrones Desde la fecha en que esta posibilidad se propuso Por primera vez hace aproximadamente 40 años». Un enfoque absolutamente nuevo
A día de La jornada de hoy, no existen simulaciones informáticas a enorme escala capaces de determinar el destino de la materia nuclear dentro de una estrella de neutrones. Pero Todavía Así, los estudiosos finlandeses consiguieron lograr resultados Debido a un enfoque del problema absolutamente nuevo. De hecho, se dieron cuenta de que al combinar recientes hallazgos sobre partículas teóricas y física nuclear con las mediciones observacionales, era posibe deducir las características y la identidad de la materia que reside en el corazón de las estrellas de neutrones. O por lo menos en las más estables y masivas. En ellas, en efecto, la materia interna de la estrella se parece mucho más a la materia de quarks que a la materia nuclear ordinaria. Los cálculos indican que en esas estrellas el diámetro del núcleo identificado Del mismo modo que materia de quark puede llegar a ser superior a la mitad del diámetro total de toda la estrella de neutrones. Si es que bien, Vuorinen indica que hay todavía muchas incertidumbres asociadas a la estructura exacta de las estrellas de neutrones. Absolutamente nadie, De hecho, ha podido ver Hasta el instante el interior de ninguna. ¿Qué significa luego la afirmación de que se ha descubierto materia de quark? Conforme Vuorinen «aún hay una posibilidad, pequeña Sin embargo no nula, de que las estrellas de neutrones estén hechas Sólo de materia nuclear normal. No obstante, lo que hemos logrado hacer es cuantificar las condiciones que serían necesarias a fin de que se de este escenario. En resumen, el comportamiento de la materia nuclear densa (No obstante convencional) tendria que ser realmente peculiar. Por ejemplo, la velocidad del sonido necesitaría casi obtener a la de la luz». El mensaje de las ondas gravitacionales
Uno de los factores clave que contribuyó al nuevo hallazgo se dirigió la aparición de los resultados de dos trabajos recientes de astrofísica observacional: la medición de ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos estrellas de neutrones y la detección de estrellas de neutrones muy masivas, con masas cercanas a las dos masas solares. En otoño de 2017, en efecto, los observatorios LIGO y Virgo detectaron, por 1era vez, ondas gravitacionales generadas por dos estrellas de neutrones que se estaban fusionando. Esa observación ordenó un límite superior riguroso para una cifra llamada «deformabilidad de marea», que mide lo sensible que puede ser la estructura de una estrella al ámbito gravitacional de una compañera a la que orbita. Ese resultado se empleó acto seguido para obtener un límite superior para los radios de esas dos estrellas de neutrones en colisión, que resultaron ser más o menos de 13 km. Del mismo modo, y Aunque la primera observación de una estrella de neutrones se remonta a 1967, las mediciones precisas de sus masas no han sido posibles hasta las dos últimas décadas. Y La mayor parte de las estrellas de neutrones cuyas masas se conocen con precisión caen dentro de una ventana que oscile entre 1 y 1.7 masas solares. Sin embargo la última década ha siso testigo de tres estrellas de neutrones que alcanzaban, e aun superaban sutilmente, las dos masas solares. La ecuación del estado de la materia En el nuevo análisis, esas observaciones astrofísicas se combinaron con resultados teóricos de vanguardia sobre partículas y física nuclear. Lo cual permitió derivar una predicción Necesita de lo que se conoce De exactamente la misma forma que «la ecuación de estado de la materia estelar de neutrones», que se refiere a la relación entre su presión y la densidad de energía. Un componente integral en este proceso viajó un resultado bien conocido de la relatividad general, que relaciona la ecuación de estado con una relación entre los posibles valores de radios y masas de estrellas de neutrones. Desde aquella 1era detección de 2017, se han observado ya Varios fusiones de estrellas de neutrones, y LIGO y Virgo se han convertido de forma rápida en una comunicado esencial de la investigación de estos cadáveres estelares. Y es precisamente esta rápida acumulación de datos nueva lo que ha permitido mejorar la precisión de los hallazgos del club finlandés, confirmando la existencia de materia de quark dentro de las estrellas de neutrones. Conforme los estudiosos, las nuevas observaciones previstas para los recientes meses y años conseguirán refinar Aún más los resultados y eliminar o reducir en gran medida las incertidumbres actuales. «Hay buenas razones para creer -concluye Vuorinen- que la edad de oro de la astrofísica de ondas gravitacionales apenas si está en sus inicios, y que pronto seremos testigos de muchos más saltos De este modo tal como este en nuestro entendimiento de la naturaleza».