¿Un nuevo tipo de materia en el universo?

Un grupo de investigación finlandés encontró evidencias de la presencia de materia exótica de quark dentro de los núcleos de las estrellas de neutrones más grandes que existen. 

Las estrellas de neutrones nacen de estrellas anteriormente gigantes que crecen de cuatro a ocho veces el tamaño del Sol antes de explotar en supernovas catastróficas. 

A pesar de su pequeño diámetro (alrededor de 12,5 millas, o 20 kilómetros) las estrellas de neutrones pueden presumir de contener 1,5 veces la masa del Sol, por lo que son increíblemente densas

Un solo trozo de materia de estrella de neutrones con el tamaño de un terrón de azúcar pesaría cien millones de toneladas en la Tierra.

¡Estrellas de neutrones más pequeñas que la ciudad de Nueva York pueden llegar a pesar hasta 665.963 veces más que la Tierra!

La casi incomprensible densidad de una estrella de neutrones hace que protones y electrones se combinen en neutrones: el proceso del cual toman su nombre.

La composición de sus núcleos es desconocida, pero es probable que consistan en un superfluído de neutrones o algún estado de la materia desconocido que varios científicos han denominado “materia de quark”.

«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 dio por primera vez hace aproximadamente 40 años», dijo el profesor asociado Aleksi Vuorinen del Departamento de Física de la Universidad de Helsinki y Helsinki. Instituto de Física.

Toda la materia normal que nos rodea está compuesta de átomos, cuyos núcleos densos, que comprenden protones y neutrones, están rodeados de electrones cargados negativamente.

Sin embargo, dentro de las llamadas estrellas de neutrones, se sabe que la materia atómica colapsa en materia nuclear inmensamente densa, en la que los neutrones y los protones están tan juntos que la estrella entera puede considerarse un solo núcleo enorme.

Hasta ahora, no ha quedado claro si dentro de los núcleos de las estrellas de neutrones más masivas, la materia nuclear colapsa en un estado aún más exótico, materia de quark, en el que los núcleos ya no existen.

Investigadores de la Universidad de Helsinki ahora afirman que la respuesta a esta pregunta es sí. Los nuevos resultados fueron publicados en la prestigiosa revista Nature Physics .

El grupo de investigación finlandés propuso un nuevo enfoque para el problema: se dieron cuenta de que al combinar hallazgos recientes de partículas teóricas y física nuclear con mediciones astrofísicas, podría ser posible deducir las características y la identidad de la materia que reside dentro de las estrellas de neutrones.

Según el estudio, 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 quark puede exceder la mitad del diámetro de toda la estrella de neutrones.

Sin embargo, Vuorinen señala que todavía hay muchas incertidumbres asociadas con la estructura exacta de las estrellas de neutrones. ¿Qué significa afirmar que la materia del quark casi seguramente ha sido descubierta?

«Todavía hay una pequeña pero diferente probabilidad de que todas las estrellas de neutrones estén compuestas solo de materia nuclear. Sin embargo, lo que hemos podido hacer es cuantificar lo que requeriría este escenario. En resumen, el comportamiento de la materia nuclear densa debería ser realmente peculiar. Por ejemplo, la velocidad del sonido necesitaría alcanzar casi la de la luz», explica Vuorinen.

Un factor clave que contribuyó a los nuevos hallazgos fue la aparición de dos resultados recientes en astrofísica observacional: la medición de ondas gravitacionales de una fusión de estrellas de neutrones y la detección de estrellas de neutrones muy masivas, con masas cercanas a dos masas solares.

En el otoño de 2017, los observatorios LIGO y Virgo detectaron, por primera vez, ondas gravitacionales generadas por dos estrellas de neutrones fusionadas.

«Hay razones para creer que la edad de oro de la astrofísica de ondas gravitacionales recién comienza y que pronto seremos testigos de muchos más saltos como este en nuestra comprensión de la naturaleza», afirmó Vuorinen.

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shloren

Comunicadora Social y Diseñadora 3D. Me apasiona la investigación de diferentes temas. Las tecnologías disruptivas y los proyectos que contribuyen a los cambios positivos para nuestro medio ambiente.

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