Se han encontrado sólidas pruebas de la existencia de un tipo de materia que hasta ahora había sido simplemente teórico. Se trata de la materia exótica de quark y se encuentra en el interior de las mayores estrellas de neutrones que existen.
El descubrimiento se produjo al combinar recientes resultados de estudios de física de partículas y nucleares con mediciones de ondas gravitacionales generadas, precisamente, por esta clase de «cadáveres estelares».
Hasta el momento, no había quedado claro si la materia nuclear en los núcleos de las estrellas de neutrones más masivas se colapsa en un estado aún más exótico llamado materia de quark, en el que los núcleos ya no existen.
Un equipo de investigadores finlandeses publicó el hallazgo en la revista científica Nature Physics y lo tituló «Evidencia de núcleos de materia de quarks en estrellas de neutrones masivas».
¿Qué dice el estudio?
El descubrimiento tiene importantes implicaciones para la fenomenología de las estrellas de neutrones. Además afecta la dinámica de las fusiones de estrellas de neutrones con al menos un participante suficientemente masivo.
“La confirmación de la existencia de núcleos de quark dentro de las estrellas de neutrones ha sido uno de los objetivos más importantes de la física de estrellas de neutrones desde que esta posibilidad se planteó por primera vez hace aproximadamente 40 años»
Aleksi Vuorinen, profesor del Departamento de Física de la Universidad de Helsinski y uno de los autores del artículo
El estudio explica que la materia que reside dentro de los núcleos de las estrellas de neutrones estables más masivas se parece mucho más a la materia de quarks que a la materia nuclear ordinaria. Los cálculos indican que en estas estrellas, el diámetro del núcleo identificado como materia de quarks puede exceder la mitad del diámetro de toda la estrella de neutrones.
Quedan muchos cabos sueltos
Vuorinen señala que hay todavía muchas incertidumbres asociadas a la estructura exacta de las estrellas de neutrones. Nadie, de hecho, ha podido ver hasta ahora el interior de ninguna.
“Todavía hay una pequeña, pero no nula, posibilidad de que todas las estrellas de neutrones estén compuestas solo de materia nuclear. Sin embargo, lo que hemos podido hacer es cuantificar lo que este escenario requeriría. En resumen, el comportamiento de la materia nuclear densa entonces necesitaría ser verdaderamente peculiar. Por ejemplo, la velocidad del sonido necesitaría alcanzar casi la de la luz», explicó.
Agregó que “hay razones para creer que la edad de oro de la astrofísica de ondas gravitacionales apenas está comenzando». «Pronto seremos testigos de muchos más saltos como este en nuestra comprensión de la naturaleza“, pronosticó.
Otros trabajos similares sirvieron como guía
Uno de los factores clave que contribuyó al nuevo hallazgo fue la aparición de los resultados de dos trabajos recientes de astrofísica observacional. Uno es la medición de ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos estrellas de neutrones. El otro es la detección de estrellas de neutrones muy masivas, con masas cercanas a las dos masas solares.
En otoño de 2017 los observatorios LIGO y Virgo detectaron ondas gravitacionales generadas por dos estrellas de neutrones que se estaban fusionando. Esa observación estableció un límite superior riguroso para una cantidad llamada «deformabilidad de marea», que mide lo sensible que puede ser la estructura de una estrella al campo gravitacional de una compañera a la que órbita. El resultado se utilizó después para obtener un límite superior para los radios de esas dos estrellas de neutrones en colisión, que resultaron ser aproximadamente de 13 km.
Esta rápida acumulación de nueva información de observación tiene un papel clave para mejorar la precisión de los nuevos hallazgos del grupo de investigación finlandés. Además, podría confirmar la existencia de materia de quarks dentro de las estrellas de neutrones.
Aunque la primera observación de una estrella de neutrones se remonta a 1967, las mediciones precisas de sus masas no han sido posibles hasta las dos últimas décadas. La mayoría de las estrellas de neutrones cuyas masas se conocen con precisión caen dentro de una ventana que oscile entre 1 y 1,7 masas solares. La última década ha sido testigo de tres estrellas de neutrones que alcanzaban, e incluso superaban ligeramente, las dos masas solares.
Los investigadores consideran que las observaciones previstas para los próximos meses y años conseguirán refinar más los resultados y eliminar o reducir en gran medida las incertidumbres actuales.
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