Estrellas de neutrones demasiado frías desafían modelos astrofísicos
Los observatorios de rayos X XMM-Newton de la ESA y Chandra de la NASA han detectado tres estrellas de neutrones jóvenes inusualmente frías para su edad.
Al comparar sus propiedades con diferentes modelos de estrellas de neutrones, un equipo de astrónomos liderado por el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), ha concluido en un estudio publicado en Nature Astronomy que las bajas temperaturas de estas descalifican alrededor del 75% de los modelos conocidos.
Según los autores, este es un gran paso hacia el descubrimiento de la "ecuación de estado" que describa a todas las estrellas de neutrones, con importantes implicaciones para las leyes fundamentales del universo.
Después de los agujeros negros estelares, las estrellas de neutrones son los objetos más densos del universo. Cada estrella de neutrones es el núcleo comprimido de una estrella gigante que quedó después de que la estrella explotara en una supernova. Tras quedarse sin combustible, el núcleo de la estrella implosiona bajo la fuerza de la gravedad mientras sus capas exteriores son lanzadas al espacio.
La materia en el centro de una estrella de neutrones está tan comprimida que la comunidad científica aún no sabe qué forma adopta. Las estrellas de neutrones reciben su nombre por el hecho de que, bajo esta inmensa presión, incluso los átomos colapsan: los electrones se fusionan con los núcleos atómicos, convirtiendo los protones en neutrones.
No obstante, podría ser todavía más extraño, ya que el calor y la presión extremos pueden estabilizar partículas más exóticas que no sobreviven en ningún otro lugar, o posiblemente fundir partículas en una especie de sopa de sus quarks constituyentes girando en espiral. Lo que ocurre en el interior de una estrella de neutrones se describe por la llamada "ecuación de estado", un modelo teórico que describe procesos físicos que pueden ocurrir dentro de una estrella de neutrones.
El problema es que los científicos y las científicas todavía no saben cuál de los cientos de modelos de ecuaciones de estado posibles es correcto. Mientras que el comportamiento de las estrellas de neutrones a nivel individual puede depender de propiedades como su masa o la velocidad de giro, todas las estrellas de neutrones deben regirse por la misma ecuación de estado.
Al analizar los datos de las misiones XMM-Newton de la ESA y Chandra de la NASA, el equipo ha descubierto tres estrellas de neutrones excepcionalmente jóvenes y frías que son entre 10 y 100 veces más frías que otras de su misma edad. Comparando sus propiedades con las velocidades de enfriamiento predichas por diferentes modelos, el equipo concluye que la existencia de estas tres estrellas de neutrones descarta la mayoría de las ecuaciones de estado propuestas.
"La corta edad y la fría temperatura de la superficie de estas tres estrellas de neutrones sólo pueden explicarse apelando a un mecanismo de enfriamiento rápido. Dado que un enfriamiento mejorado sólo puede activarse mediante determinadas ecuaciones de estado, esto nos permite excluir una parte significativa de los posibles modelos", explica en un comunicado la astrofísica Nanda Rea, cuyo grupo de investigación en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) ha liderado la investigación.
Descubrir la verdadera ecuación de estado de la estrella de neutrones también tiene implicaciones importantes para las leyes fundamentales del universo. Es sabido que los investigadores e investigadoras en física todavía no han podido unir la teoría de la relatividad general (que describe los efectos de la gravedad a grandes escalas) con la mecánica cuántica (que describe lo que sucede a nivel de las partículas). Las estrellas de neutrones son el mejor campo de pruebas para esto, ya que tienen densidades y gravitación mucho mayores que cualquier cosa que pueda ser creada en la Tierra.
