Sección Cosmología LIADA

Las estrellas más extrañas que jamás hayas visto Un cosmólogo explica cómo algunas estrellas de neutrones especialmente densas pueden estar formadas por quarks extraños que flotan libremente

Por Paul M. SutterPUBLICADO: 07/10/2023

Artículo Completo en:

https://www.esquire.com/es/ciencia/a45473045/cosmologo-explica-estrellas-de-quarks/

Las presiones en los núcleos de las estrellas de neutrones son tan intensas que los neutrones se disuelven, incapaces de mantenerse unidos contra el aplastamiento. Esto libera a los quarks up y down para que campen a sus anchas, pero esa configuración no es muy estable. En su lugar, se transforman rápidamente en quarks extraños, que son capaces de mantener su estabilidad a pesar de las circunstancias extremas.El universo podría estar plagado de extrañas estrellas de quarks. Descubrirlas y estudiarlas podría ser la clave para descifrar nuevas teorías de la física. Las estrellas de quarks se parecen a sus primas más conocidas, las estrellas de neutrones, pero son extrañas.

Los astrofísicos saben cómo crear una estrella de neutrones. Primero se parte de una estrella normal hecha de hidrógeno y helio, con fusión en el núcleo. Asegúrate de que es lo suficientemente grande, al menos 8-10 veces más masiva que el Sol. Luego se espera. Al cabo de unos millones de años, las intensas presiones y temperaturas del núcleo de la estrella producirán hierro. Cuando eso ocurre, la fusión se detiene y toda la masa restante de la estrella colapsa sobre el núcleo, aplastándolo de forma increíble.

Esa insana cantidad de presión es demasiado para el hierro. Estamos hablando de una pared de plasma varias veces la masa del sol, aplastando hacia adentro a una fracción saludable de la velocidad de la luz. Los electrones son empujados dentro de los protones, convirtiéndolos en neutrones. Si la presión es excesiva, los neutrones se aprietan demasiado y se forma un agujero negro. Pero si la presión es la adecuada, el resto del material de la estrella rebota contra todos los neutrones y se produce una gigantesca explosión de supernova.

La física de las estrellas de neutrones es asombrosa

Ese proceso deja atrás los neutrones, dando lugar a uno de los objetos más exóticos y extremos de todo el universo: una estrella de neutrones. Las estrellas de neutrones son casi indescriptibles. Logran aglomerar la masa de varios soles en un volumen no mayor que el de una ciudad. Su atracción gravitatoria es tan intensa que la luz puede orbitar a su alrededor formando un círculo. Las montañas más altas de su superficie no superan unos pocos centímetros, y si uno se cayera de una de ellas, al tocar el fondo estaría viajando a la mitad de la velocidad de la luz.

Las estrellas de neutrones son tan extremas, tan exóticas y tan densas que no estamos del todo seguros de qué están hechas. Sí, como su nombre indica, están formadas casi exclusivamente por neutrones, compactados con densidades superiores a la de un núcleo atómico. (De hecho, se podría decir que las estrellas de neutrones son los núcleos atómicos más grandes del cosmos). También hay protones y electrones flotando en su interior.

Pero es en sus núcleos donde la presión extrema puede llegar a ser realmente extraña. Y no se trata de una frase ingeniosa. Quiero decir, literalmente hechos de materia extraña.

Los neutrones no son partículas fundamentales. En su lugar, son compuestos: pequeñas bolas pegadas entre sí de partículas aún más pequeñas. Estas partículas se llaman quarks. En total hay seis tipos diferentes de quarks, con varios nombres divertidos: up, down, top, bottom, charm... y strange. Los quarks más ligeros -y más comunes- son las variedades up y down. Dos quarks up y un solo quark down se unen para formar protones, mientras que dos quarks down y un quark up se pegan para formar neutrones.

Concepción artística de dos estrellas de neutrones en proceso de colisión.

Getty Images

Los físicos aún no saben si las estrellas de neutrones tienen corazones extraños, literalmente. Las condiciones son tan extremas que nuestras teorías habituales de la física tienden a venirse abajo; la complejidad de todas esas interacciones de quarks es demasiado para nuestras matemáticas. Y como no tenemos ninguna estrella de neutrones cercana que podamos examinar personalmente, no podemos abrir una para ver qué ocurre en su interior.

Pero puede haber otra forma de sondear la extraña naturaleza de la materia extrema. Como he dicho antes, sabemos cómo crear estrellas de neutrones. Tomas una estrella gigante con suficiente masa y la dejas morir. Y sabemos cómo hacer agujeros negros. Tomas una estrella aún más gigante y la dejas morir.

Las estrellas de quark entran en escena

Pero, ¿y si hubiera algo intermedio? ¿Y si hubiera una estrella demasiado grande para formar una estrella de neutrones, pero demasiado pequeña para formar un agujero negro? A menudo consideramos que las estrellas de neutrones son el tipo de objeto más denso que puede producir el universo antes de colapsar sobre sí mismo por atracción gravitatoria infinita y convertirse en un agujero negro. Pero tampoco entendemos del todo la física de los quarks extraños en densidades extremas. Podría ser que fueran capaces de proporcionar una fuente de apoyo contra el aplastante peso gravitatorio y mantenerse como objetos que vagan libremente por el universo.

Son las llamadas "estrellas extrañas". Los cálculos preliminares (que, debo subrayar, se encuentran ahora mismo en un estado muy tosco y aproximado, porque no tenemos un dominio sólido de toda la física de este tipo de objetos) pintan un cuadro intrigante. Las estrellas extrañas, formadas casi exclusivamente por quarks extraños flotantes, se parecerían mucho a las estrellas de neutrones. Sólo serían ligeramente más pequeñas, tendrían temperaturas ligeramente más altas y masas ligeramente superiores.

Así que este resultado abre una perspectiva sorprendente y encantadora: quizás algunas, si no muchas, de las estrellas de neutrones que observamos en el universo, especialmente las más pesadas, son en realidad estrellas extrañas disfrazadas.

A pesar de la capacidad de las estrellas extrañas para imitar a las estrellas de neutrones, los astrofísicos inteligentes han ideado muchas formas de diferenciarlas. Ambos tipos de estrellas giran rápidamente (las más rápidas giran más que la batidora de la cocina) y emiten potentes haces de radiación. Cuando observamos estos haces de radiación bañando la Tierra, los llamamos púlsares. En ocasiones, las superficies de estas estrellas se reorganizan en violentos terremotos estelares que liberan una enorme cantidad de energía. La composición de la estrella -materia de neutrones o materia extraña- puede cambiar la firma de esa radiación y desenmascarar su verdadera identidad.

Otra forma de encontrar las estrellas extrañas es a través de las colisiones. En ocasiones, este tipo de estrellas nacen en parejas binarias, que acaban acercándose en espiral y colisionando. La explosión resultante se conoce como kilonova y, de hecho, es una de las principales formas de producción de elementos pesados, como el oro y el platino, en todas las galaxias. Los astrónomos sólo han logrado observar dos explosiones de kilonova, y esas observaciones no proporcionaron datos suficientes para saber si eran el resultado de la colisión de estrellas de neutrones o de estrellas extrañas.

Los astrónomos siguen a la caza de estrellas extrañas. Uno de los principales obstáculos para encontrarlas es que aún no comprendemos del todo cómo se comportarían cuando sus cortezas se reacomodaran o cuando colisionaran. Nuestros conocimientos de física no son suficientes. Pero precisamente por eso estamos ansiosos por encontrar y confirmar una en el universo. Las estrellas extrañas representarían la forma más extrema de materia fuera de un agujero negro, y nos proporcionarían una ventana a las operaciones fundamentales de los quarks, los neutrones y la fuerza nuclear fuerte, algo a lo que es completamente imposible acceder en los laboratorios de la Tierra.

Extraño, pero cierto.

Vía: Popular Mechanics

“Notas de Cosmología Básica”

Autor: Raúl Roberto Podestá

Unidad nro. 1:

Expansión del Universo:

Método de la Ciencia. Newton - Einstein. Corrimiento hacia el Rojo. Efecto Doppler Clásico y Relativista. Constante de Hubble.

Unidad nro. 2:

Suposiciones acerca del Universo. ¿Porque está oscuro de noche? Paradoja de Olbers.

Matemática de la Luz Estelar. Expansión y Oscuridad.

Unidad nro. 3:

Cosmología Relativista: Evolución de Universo. Explosión de Lemaître.

Unidad nro. 4:

Cosmología del Estado Estable. La Creación Continua.

Unidad nro. 5:

Edad de las Galaxias. Evolución de las Galaxias. Origen de los Elementos.

Unidad nro. 6:

La Cosmología Canónica.

Supuestos Básicos. Modelos Canónicos.

Unidad nro. 7:

El Universo Primitivo. Hacia el 1er segundo. Mecánica Cuántica. Teoría Relativista del Campo Cuántico. Principio de Simetría. El concepto de Campos. Los Cuántos. Las Antipartículas. La

Antimateria.

Unidad nro. 8:

El Big Bang. Tiempo Cero. Al Principio del Tiempo. La Expansión. La Era Hadrónica. La Era Leptónica. La Era Radiactiva y la Núcleo Síntesis Primordial. La Recombinación y el fin del Big Bang.