Ya podemos "ver" uno de los cataclismos más violentos del universo: la erupción de una estrella de neutrones
Publicado el 28/03/2024 por Diario Tecnología Artículo original
Las estrellas de neutrones son unos de los escasísimos objetos del cosmos capaces de disputar su protagonismo a los agujeros negros. Y lo son debido a que las propiedades que han desentrañado los astrofísicos hasta ahora para caracterizarlas son asombrosas. Su formación sucede a la expulsión hacia el medio estelar de las capas externas de algunas estrellas, aunque solo si el objeto resultante tiene más de 1,44 masas solares, un valor conocido como límite de Chandrasekhar en honor del astrofísico indio que lo calculó, el remanente estelar colapsará una vez más para dar lugar a una estrella de neutrones.
Unos instantes antes de que se produzca la supernova el núcleo de hierro de las estrellas masivas se ve sometido a la enorme presión de las capas superiores de material, y también a la acción incesante de la contracción gravitacional. Estos procesos desencadenan un mecanismo de naturaleza cuántica que conlleva cambios muy importantes en la estructura de la materia, provocando que el hierro del núcleo estelar, que está sometido a una temperatura muy alta, se fotodesintegre bajo la acción de los fotones de alta energía, que constituyen una forma de transferencia de energía conocida como radiación gamma.
Estos fotones de altísima energía consiguen desintegrar el hierro y el helio acumulados en el núcleo de la estrella, dando lugar a la producción de partículas alfa, que son núcleos de helio que carecen de su envoltura de electrones, y que, por tanto, tienen carga eléctrica positiva, y neutrones. Además tiene lugar un mecanismo conocido como captura beta en el que no vamos a indagar para no complicar excesivamente el artículo. Lo importante es que sepamos que provoca que los electrones de los átomos de hierro interaccionen con los protones del núcleo, neutralizando su carga positiva y dando lugar a la producción de más neutrones.
Los superordenadores son las mejores herramientas para estudiarlas
Durante la formación de las estrellas de neutrones la materia inicial, que estaba constituida por protones, neutrones y electrones, pasa a estar conformada únicamente por neutrones porque, como acabamos de ver, los electrones y los protones han interaccionado mediante captura electrónica para dar lugar a más neutrones. A partir de ese momento la estrella ya no está constituida por materia ordinaria; se ha transformado en una especie de enorme cristal conformado solo por neutrones.
Cuando conviven con otra estrella para dar lugar a un sistema estelar binario cabe la posibilidad de que la estrella de neutrones más voraz "arranque" materia a su compañera
Ya conocemos con cierta precisión el proceso de formación y las propiedades más importantes de las estrellas de neutrones, pero hay algo en lo que aún no hemos indagado: algunas de ellas tienen un apetito voraz. El campo gravitatorio que generan es tan intenso que cuando conviven con otra estrella para dar lugar a un sistema estelar binario cabe la posibilidad de que la estrella de neutrones más voraz "arranque" materia a su compañera.
Como podemos intuir, esta materia se precipita sobre la superficie de la estrella de neutrones "caníbal", dando lugar con relativa frecuencia a erupciones muy violentas que desencadenan la emisión de una gran cantidad de rayos X. Entender con precisión los procesos que explican este comportamiento no es fácil, especialmente si tenemos en cuenta que identificar y presenciar un cataclismo cósmico como este es algo extremadamente inusual. Afortunadamente, los físicos son ingeniosos y se las han apañado para conocerlas mejor sin necesidad de mirar más allá de los límites de nuestro planeta.
Las imágenes que podemos ver encima de estas líneas han sido recreadas con un superordenador. En ellas podemos apreciar precisamente el fenómeno del que estamos hablando: la emisión violenta de ráfagas de rayos X como resultado de la precipitación de materia sobre la superficie de una estrella de neutrones. Para generar estas imágenes el astrofísico computacional Michael Zingale y sus colegas de la Universidad Estatal de Nueva York han puesto a punto una compleja simulación que persigue reproducir con la máxima precisión posible la evolución de las erupciones y cómo se expanden sobre la superficie de la estrella de neutrones.
Un centímetro cúbico de una estrella de neutrones pesa aproximadamente mil millones de toneladas
"Una de las cosas que queremos conseguir es entender las propiedades de la estrella de neutrones debido a que nos interesa comprender cómo se comporta la materia cuando adquiere la densidad extrema que nos encontramos en una de estas estrellas", apunta Zingale. Un apunte impactante: un centímetro cúbico de una estrella de neutrones pesa aproximadamente mil millones de toneladas.
Es asombroso que un pedacito de materia similar a un terrón de azúcar pueda tener un peso tan monstruoso. No cabe duda de que a los astrofísicos aún les queda mucho trabajo por hacer para comprender en toda su extensión los procesos físicos que describen el comportamiento de una estrella de neutrones, pero tienen dos herramientas muy poderosas a su disposición: los superordenadores y las simulaciones.
Imágenes | NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine | The Astrophysical Journal
Más información | The Astrophysical Journal
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