Las estrellas de neutrones son las embaucadoras de la esfera celeste. Su edad, su temperatura, incluso su tamaño, no siempre es lo que parece a primera vista.
Pero con el Explorador de Composición Interior de Estrellas de Neutrones (NICER) a bordo de la Estación Espacial Internacional, los astrónomos finalmente están comenzando a hacer algunos avances en la medición del tamaño real de estas estrellas, y con eso, una idea de sus extraños interiores.
Las estrellas de neutrones son las cenizas que quedan cuando las estrellas masivas implosionan, desprendiendo sus capas exteriores en explosiones de supernova. Las estrellas están colocadas en el borde, justo al lado de colapsar en un agujero negro, y la inmensa presión gravitatoria convierte sus electrones y protones en neutrones.
Las estrellas de neutrones se vuelven más complicadas a medida que se profundiza. Debajo de una delgada atmósfera compuesta principalmente de hidrógeno y helio, se cree que los remanentes estelares cuentan con una corteza exterior de solo un centímetro o dos de espesor que contiene núcleos atómicos y electrones que deambulan libremente. Los investigadores creen que los elementos ionizados se juntan en la siguiente capa, creando una red en la corteza interna. Incluso más abajo, la presión es tan intensa que casi todos los protones se combinan con electrones para convertirse en neutrones, pero lo que ocurre más allá es turbio en el mejor de los casos aún más profundo, en el núcleo, la densidad alcanza algo así como el doble de la de un núcleo atómico. Aquí, la materia puede volver a transformarse, liberando incluso los quarks que forman los neutrones.
O eso es lo que dicen algunas teorías. Pero, de hecho, los físicos nucleares ofrecen muchas respuestas al enigma de los interiores de las estrellas de neutrones. Tienen una teoría sobre cómo se comportan los quarks y los gluones;los que llaman cromodinámica cuánticar. Pero el problema es que realmente no se puede calcular esto una vez que pasas un par de partículas. Entonces, los físicos nucleares usan aproximaciones y suposiciones para predecir el comportamiento de muchas partículas, y obtienen una variedad de respuestas.
Para saber qué idea es la correcta, los astrónomos deben hacer algo engañosamente simple: medir la masa y el radio de estos objetos. A partir de ahí, pueden usar física bien entendida para calcular cómo cambia la presión con la densidad, una relación conocida como ecuación de estado , y luego comparar esa ecuación con las ofertas de los distintos físicos.
Obtener la masa de una estrella de neutrones es fácil, al menos si la estrella de neutrones tiene una compañera estelar girando a su alrededor. Pero medir el tamaño es más complicado. La gravedad de las estrellas de neutrones es tan extrema que dobla el camino de la luz que sale de la superficie. Como un espejo de la casa de la risa, esta distorsión gravitacional hace que la estrella de neutrones parezca más grande de lo que realmente es.
A medida que avanzan los estudios se empiezan a desafiar algunos de los modelos más comprimibles de núcleos de estrellas de neutrones, incluidas las versiones en las que el interior es solo un mar de quarks.
Sin embargo, aunque se descartan los núcleos de sopa de quarks, el tamaño más grande también sugiere que la presión en el núcleo es más intensa de lo que se pensaba anteriormente. Lo que sea que haya en el núcleo tiene que soportar esa presión, y eso también parece descartar los núcleos de neutrones más simples. Algunos escenarios híbridos que incorporan neutrones y quarks podrían funcionar.
También hay otra opción: los núcleos de estrellas de neutrones pueden contener algo más masivo que los neutrones: un tipo de partícula conocida como hiperón . Hay varias partículas clasificadas como hiperones, y cada una incorpora extraños quarks. (Los neutrones y los protones solo tienen quarks arriba y abajo). Por lo tanto, los hiperones tienen algunas propiedades «extrañas» en comparación con los neutrones y los protones. Aunque se han detectado en aceleradores de partículas, son inestables y se descomponen rápidamente, pero en los núcleos de estrellas de neutrones, podrían ser lo suficientemente estables como para quedarse por un tiempo.
