Las estrellas de neutrones son los objetos más densos del universo, más grandes que el sol en masa, pero condensados en una esfera relativamente pequeña.
¿Qué tamaño tienen las estrellas de neutrones? Las estimaciones anteriores del radio oscilaban entre ocho y dieciséis kilómetros. Los astrofísicos de la Universidad Goethe de Frankfurt (Alemania) han podido determinar el tamaño de las estrellas de neutrones con una precisión de 1,5 kilómetros utilizando un enfoque estadístico sofisticado basado en la medición de ondas gravitacionales. El informe de los investigadores se presenta en Physical Review Letters.
Las estrellas de neutrones son los objetos más densos del Universo, con una masa mayor que la del Sol, pero condensados en una esfera relativamente pequeña. Durante más de 40 años, dimensionar las estrellas de neutrones ha sido el Santo Grial de la física nuclear, cuyo descubrimiento proporcionará información importante sobre el comportamiento fundamental de las densidades nucleares.
Los datos sobre la detección de ondas gravitacionales de una fusión de estrellas de neutrones (GW170817) hacen una contribución importante para resolver este enigma. A finales de 2017, el profesor Luciano Rezzolla, junto con sus alumnos Elias Most y Lucas Weich, ya los utilizaron para responder una pregunta de larga data sobre la masa máxima que pueden tener las estrellas de neutrones antes de colapsar en un agujero negro. Después del primer resultado importante, el mismo equipo, con la ayuda del profesor Jurgen Schaffner-Belich, se propuso establecer límites más estrictos sobre el tamaño de las estrellas de neutrones.
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Una representación artística de la colisión de estrellas de neutrones que generaron ondas gravitacionales. Crédito: Institución Carnegie para la Ciencia.
La conclusión es que se desconoce la ecuación de estado que describe la materia dentro de las estrellas de neutrones. Los físicos han elegido métodos estadísticos para determinar el tamaño de las estrellas de neutrones dentro de límites estrechos. Calcularon más de dos mil millones de modelos teóricos resolviendo la ecuación de Einstein para ellos, y combinaron este gran conjunto de datos con las limitaciones de la detección de ondas gravitacionales de GW170817.
Como resultado, los investigadores determinaron el radio de una estrella de neutrones típica dentro de una diferencia de 1,5 kilómetros: varía de 12 a 13,5 kilómetros, que puede refinarse aún más mediante futuras detecciones de ondas gravitacionales.
“Sin embargo, el problema podría haber tenido más de una solución”, comenta Jurgen Schaffner-Belich. Es posible que a densidades ultra altas, la sustancia cambie drásticamente sus propiedades y se acerque a la llamada "transición de fase". Esto es similar a lo que le sucede al agua cuando se congela y pasa de líquido a sólido. En el caso de las estrellas de neutrones, esta transición supuestamente convierte la materia ordinaria en materia de "quarks", creando estrellas que tendrán la misma masa que su "gemela", la estrella de neutrones, pero que son mucho más pequeñas y, por lo tanto, incluso más compactas.
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Si bien no hay evidencia de su existencia, pueden ser una solución plausible, y los investigadores de Frankfurt tomaron en cuenta esta posibilidad, a pesar de complicaciones adicionales. El esfuerzo valió la pena: las estrellas gemelas eran estadísticamente improbables. Este es un hallazgo importante que ahora permite a los científicos descartar potencialmente la existencia de estos objetos muy compactos. Las futuras observaciones de ondas gravitacionales revelarán si las estrellas de neutrones tienen gemelos exóticos.
