22 de octubre de 2020
26 de junio de 2018

Físicos afinan límites al tamaño de una estrella de neutrones

Físicos afinan límites al tamaño de una estrella de neutrones
UNIVERSIDAD GOETHE

   MADRID, 26 Jun. (EUROPA PRESS) -

   Un enfoque respaldado por la medición de ondas gravitacionales ha limitado a entre 12 y 13,5 kilómetros el radio de una estrella de neutrones, frente a las estimaciones previas de 8 a 16 kilómetros.

   El informe de los investigadores Universidad Goethe de Frankfurt y el FIAS ha sido publicado en Physical Review Letters.

   Las estrellas de neutrones son los objetos más densos del universo, con una masa más grande que la de nuestro sol compactada en una esfera relativamente pequeña cuyo diámetro es comparable al de la ciudad de Frankfurt. Sin embargo, esta es solo una estimación aproximada. Durante más de 40 años, la determinación del tamaño de las estrellas de neutrones ha sido un santo grial en la física nuclear cuya solución proporcionaría información importante sobre el comportamiento fundamental de la materia a densidades nucleares.

   Los datos de la detección de ondas gravitacionales de la fusión de estrellas de neutrones (GW170817) constituyen una contribución importante para resolver este rompecabezas. A finales de 2017, el profesor Luciano Rezzolla, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe de Frankfurt y FIAS, junto con sus alumnos Elias Most y Lukas Weih ya explotaron esta información para responder a una vieja pregunta sobre la masa máxima que las estrellas de neutrones pueden mantener antes de colapsar en un agujero negro, un resultado que también fue confirmado por varios otros grupos en todo el mundo.

   Después de este primer resultado importante, el mismo equipo, con la ayuda del profesor Juergen Schaffner-Bielich, ha trabajado para establecer restricciones más estrictas sobre el tamaño de las estrellas de neutrones.

   El quid de la cuestión es que la ecuación de estado que describe la materia dentro de las estrellas de neutrones no se conoce. Por lo tanto, los físicos decidieron seguir otro camino: seleccionaron métodos estadísticos para determinar el tamaño de las estrellas de neutrones dentro de límites estrechos.

   Para establecer los nuevos límites, calcularon más de dos mil millones de modelos teóricos de estrellas de neutrones resolviendo las ecuaciones de Einstein que describen el equilibrio de estas estrellas relativistas y combinaron este gran conjunto de datos con las limitaciones provenientes de la detección de ondas gravitacionales GW170817.

   "Un enfoque de este tipo no es inusual en la física teórica", dice en un comunicado Rezzolla, y agrega: "Al explorar los resultados para todos los valores posibles de los parámetros, podemos reducir de manera efectiva nuestras incertidumbres". Como resultado, los investigadores pudieron determinar el radio de una estrella de neutrones típica dentro de un rango de solo 1,5 km: se encuentra entre 12 y 13,5 kilómetros, un resultado que puede refinarse aún más mediante futuras detecciones de ondas gravitacionales.

   "Sin embargo, hay un giro en todo esto, ya que las estrellas de neutrones pueden tener soluciones gemelas", dice Schaffner-Bielich. De hecho, es posible que a densidades ultra altas, la materia cambie drásticamente sus propiedades y experimente una así llamada "transición de fase". Esto es similar a lo que sucede con el agua cuando se congela y pasa de un estado líquido a uno sólido.

   En el caso de las estrellas de neutrones, se especula que esta transición convierte la materia común en 'materia de quarks', produciendo estrellas que tendrán exactamente la misma masa que su estrella gemela, pero que será mucho más pequeña y, por consiguiente, más compacta.

   Si bien no hay una prueba definitiva de su existencia, son soluciones plausibles y los investigadores de Frankfurt han tenido en cuenta esta posibilidad, a pesar de las complicaciones adicionales que implican las estrellas gemelas. Este esfuerzo finalmente dio sus frutos ya que sus cálculos han revelado un resultado inesperado: las estrellas gemelas son estadísticamente raras y no se pueden deformar mucho durante la fusión de dos de esas estrellas.

   Este es un hallazgo importante ya que ahora permite a los científicos descartar potencialmente la existencia de estos objetos muy compactos. Las futuras observaciones de ondas gravitacionales revelarán por lo tanto si las estrellas de neutrones tienen o no gemelos exóticos.