Neutrones cúbicos dentro de una estrella de neutrones

Neutrones cúbicos dentro de una estrella de neutrones

Los neutrones y protones pueden parecer bastante esféricos aquí en la Tierra, pero dos físicos en España y Alemania han sugerido que, comprimidas bajo la presión suficiente, estas partículas subatómicas se pueden aplastar creando formas cúbicas. Aunque no hay pruebas de que se hayan obtenido tales neutrones cúbicos, una estrella de neutrones con una masa sin precedentes que fue descubierta el año pasado, podría, potencialmente, albergar a estas partículas de forma inusual. La estrella en cuestión que inspiró el estudio, es una estrella de neutrones en rotación – o “púlsar” – con una masa dos veces la de nuestro Sol.

Las estrellas de neutrones se crean cuando una estrella explota en una violenta supernova, despojándose de la mayor parte de su materia y obligando al resto del 80-90% de la masa de la estrella a colapsar sobre sí misma. Si esa estrella que queda tiene una masa superior a 2,5 veces la masa del Sol, entonces puede colapsar por completo, formando un agujero negro. Sin embargo, las estrellas más ligeras, en lugar de esto, se estabilizan, aplastando de 1,3 a 2 veces la masa del Sol en una esfera del tamaño de una ciudad con un radio de 11-12 km. Estas estrellas son tan densas que la presión de la gravedad fuerza a los electrones de los átomos a combinarse con protones – formando neutrones. El interior de la estrella termina estando compuesta casi enteramente de neutrones, de ahí el nombre de “estrella de neutrones”.

Estrella de neutrones fusionándose © Crédito: NASA Goddard Photo and Video

Sin embargo, Felipe Llanes-Estrada, quien está de licencia en la Universidad Técnica de Múnich, y Gaspar Moreno Navarro, de la Universidad Complutense de Madrid dicen que si las presiones del interior son lo suficientemente altas, los neutrones podrían comprimirse en cubos. Podrían entonces empaquetarse más estrechamente, lo que reduciría su volumen total en un 24%. “Es como apilar naranjas en un supermercado – las naranjas de la parte inferior de la pila están un poco distorsionadas por el peso de las de arriba”, dice Llanes-Estrada.

Movimiento cúbico

Según los cálculos de los dos físicos, los neutrones se harían totalmente cúbicos a una densidad de unos 10¹⁵ gramos por centímetro cúbico, lo que equivale a una densidad de energía de 500 megaelectronvolts por femtómetro  (10^-15metros) cúbico (MeV / fm³). Aunque los núcleos de la mayor parte de estrellas de neutrones están justo por debajo de esa densidad, un nuevo y pesado púlsar descubierto el año pasado tiene una zona central que supera tal densidad en un factor de dos, de acuerdo con Llanes-Estrada – lo que significa que, potencialmente, podría alojar neutrones cúbicos .

El descubrimiento del púlsar fue una sorpresa para los astrónomos, que anteriormente pensaban que las estrellas de neutrones no podían ser tan grandes. Sin embargo, incluso las estrellas de neutrones “normales” podrían contener neutrones parcialmente cúbicos, a partir de una densidad de energía de 140 MeV / fm^3. Pablo Demorest del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia, que fue miembro del equipo que descubrió el púlsar pesado, dice que la capacidad de compresión adicional permitiría a estrellas de neutrones pesadas lograr densidades mayores. El inconveniente, dice Demorest, es que esto “tiende a reducir la masa máxima permitida para una estrella de neutrones”.

Llanes-Estrada reconoce este problema, a saber, que el aumento de la densidad convertiría al nuevo púlsar en un agujero negro a menos que algo más está empujando hacia afuera. Sin embargo, sugiere que las poco comprendidas interacciones entre los neutrones pueden ser lo suficientemente fuertes como para contrarrestar la gravedad y evitar el colapso.

Cuadrando

Kai Hebeler de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus ofrece una nota de advertencia acerca de la simulación. Señala que en lugar de dar una visión de la compleja interacción de los quarks y gluones dentro del mismo, el estudio modela el neutrón como si fuera una bolsa de quarks. Sin embargo, aunque esta estimación es limitada, Hebeler todavía confía en que el modelo del equipo sea razonable. No obstante, el ambiente extremo del interior de una estrella de neutrones podría hacer que las identidades mecánico-cuánticas de los neutrones se fusionen entre sí, por lo que se pregunta si la identificación de sus formas geométricas es relevante, aunque admite que no puede hacer una “declaración sólida” sobre el problema.

Los investigadores tienen un par de ideas acerca de cómo podrían los astrónomos buscar pruebas de neutrones cúbicos en el nuevo púlsar. Dado que los segmentos de una estrella de neutrones que se han asentado en una red cristalina de cubos serán más duros de lo esperado, los sismólogos estelares podrían buscar sacudidas en la estrella que producen tipos de ondas que recorren los sólidos, pero no los fluidos. Otra opción se basa en el hecho de que las estrellas de neutrones giratorias a veces se ralentizan o aceleran bruscamente, en un evento conocido como “glitch” (fallo en el sistema). Los investigadores dicen que estos “glitches” podrían indicar un cambio en la forma en que interactúan las diferentes capas de la estrella – posiblemente apuntando a neutrones que entran o salen de configuraciones cúbicas si es que tienen lugar en el pesado púlsar.

Fuente Original: Ciencia Kanija - physicsworld.com