Tamaño de la estrella de neutrones
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Una estrella de neutrones es el núcleo colapsado de una estrella supergigante masiva, que tenía una masa total de entre 10 y 25 masas solares, posiblemente más si la estrella era especialmente rica en metales[1] A excepción de los agujeros negros y algunos objetos hipotéticos (por ejemplo, agujeros blancos, estrellas de quarks y estrellas extrañas), las estrellas de neutrones son la clase de objetos estelares más pequeños y densos que se conocen actualmente. [Las estrellas de neutrones tienen un radio del orden de 10 kilómetros y una masa de aproximadamente 1,4 masas solares[3]. Son el resultado de la explosión de supernova de una estrella masiva, combinada con el colapso gravitatorio, que comprime el núcleo más allá de la densidad de una estrella enana blanca hasta la de los núcleos atómicos.
Una vez formadas, ya no generan calor de forma activa, y se enfrían con el tiempo; sin embargo, aún pueden evolucionar más por colisión o acreción. La mayoría de los modelos básicos de estos objetos implican que las estrellas de neutrones están compuestas casi en su totalidad por neutrones (partículas subatómicas sin carga eléctrica neta y con una masa ligeramente mayor que la de los protones); los electrones y protones presentes en la materia normal se combinan para producir neutrones en las condiciones de una estrella de neutrones. Las estrellas de neutrones están parcialmente apoyadas contra un mayor colapso por la presión de degeneración de neutrones, un fenómeno descrito por el principio de exclusión de Pauli, al igual que las enanas blancas están apoyadas contra el colapso por la presión de degeneración de electrones. Sin embargo, la presión de degeneración de los neutrones no es suficiente por sí misma para sostener un objeto de más de 0,7M☉[4][5] y las fuerzas nucleares repulsivas desempeñan un papel más importante en el sostenimiento de las estrellas de neutrones más masivas[6][7] Si la estrella remanente tiene una masa que supera el límite Tolman-Oppenheimer-Volkoff de unas 2 masas solares, la combinación de la presión de degeneración y las fuerzas nucleares es insuficiente para sostener la estrella de neutrones y ésta continúa colapsando para formar un agujero negro. La estrella de neutrones más masiva detectada hasta ahora, PSR J0740+6620, se estima en 2,08 +/- 0,07 masas solares.
Peso de la estrella de neutrones
Las alertas comenzaron en la madrugada del 17 de agosto. Las ondas gravitacionales producidas por el naufragio de dos estrellas de neutrones -núcleos densos de estrellas muertas- habían bañado la Tierra. Los más de mil físicos del Observatorio Avanzado de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO) se apresuraron a descifrar las vibraciones espacio-temporales que rodaban por los detectores como un prolongado trueno. Miles de astrónomos se apresuraron a presenciar el resplandor. Pero oficialmente, toda esta actividad se mantuvo en secreto. Los datos tenían que ser recogidos y analizados, los documentos escritos. El mundo exterior no lo sabría hasta dentro de dos meses.
La estricta prohibición puso a Jocelyn Read y Katerina Chatziioannou, dos miembros de la colaboración LIGO, en una situación un poco incómoda. El día 17 por la tarde, ambas tenían previsto dirigir un panel en una conferencia dedicada a la cuestión de lo que ocurre en las condiciones casi insondables del interior de una estrella de neutrones. ¿El tema del panel? Cómo sería una fusión de estrellas de neutrones. «En la pausa para el café nos quedamos sentados mirándonos unos a otros», explica Read, profesor de la Universidad Estatal de California en Fullerton. «Vale, ¿cómo vamos a hacer esto?».
Estrella de quarks
El campo magnético de la estrella de neutrones tiene mucho peso en esta región. Podría ayudar a fragmentar la corteza y generar terremotos estelares. El material de la corteza interna adopta la forma de electrones, neutrones y núcleos atómicos.
Al menos, así es como se supone que funciona. Así que puedes imaginar la sorpresa de los astrónomos cuando, en 2019, se toparon con una estrella de neutrones aparentemente imposible, una que actualmente no tiene sentido: una estrella de neutrones que tiene una densidad mucho mayor de lo que su enorme tamaño debería permitir.
Anna Watts, de la Universidad de Ámsterdam, forma parte del equipo que ha estado estudiando J0740 y otras estrellas de neutrones utilizando el Explorador de Composición Interior de Estrellas de Neutrones (NICER) de la NASA, un telescopio de rayos X acoplado a la Estación Espacial Internacional (ISS).
Realiza observaciones de 3 a 4 semanas a lo largo de un año. Estos mapas de superficie son una de las herramientas que Watts y sus colegas utilizan para estimar la masa y el tamaño (radio) de estrellas de neutrones como J0740.
Un halo de materia oscura mapeado en la galaxia Abell 1689. Crédito: NASA, ESA, E. Jullo (Jet Propulsion Laboratory), P. Natarajan (Yale University) y J.-P. Kneib (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, CNRS, Francia); Agradecimientos: H. Ford y N. Benetiz (Universidad Johns Hopkins), y T. Broadhurst (Universidad de Tel Aviv)
Cómo se forma una estrella de neutrones
Esta simulación muestra la colisión de dos densas estrellas de neutrones. La colisión ha formado un agujero negro orbitado por un remolino de gas magnetizado. Parte de la materia emerge en chorros y vientos energéticos que darán lugar a elementos pesados y destellos de luz.
Una estrella gigante se enfrenta a varios destinos posibles cuando muere en una supernova. Esa estrella puede destruirse completamente, convertirse en un agujero negro o en una estrella de neutrones. El resultado depende de la masa de la estrella moribunda y de otros factores, que determinan lo que ocurre cuando las estrellas explotan en una supernova.
Las estrellas de neutrones se encuentran entre los objetos más densos del cosmos. Tienen un promedio de sólo 12 millas de diámetro, pero son más densas que nuestro sol, que es más de 72.000 veces mayor que una estrella de neutrones. Las estrellas de neutrones reciben su nombre porque sus núcleos tienen una gravedad tan potente que la mayoría de los protones con carga positiva y los electrones con carga negativa del interior de estas estrellas se combinan en neutrones sin carga.
Las estrellas de neutrones no producen calor nuevo. Sin embargo, son increíblemente calientes cuando se forman y se enfrían lentamente. Las estrellas de neutrones que podemos observar tienen un promedio de 1,8 millones de grados Fahrenheit, en comparación con los 9.900 grados Fahrenheit del Sol.