• Con una masa hasta dos veces mayor que la del Sol, tienen
apenas 20 kilómetros de diámetro, y una de ellas, cabría
en una ciudad, afirmó Dany Page, del Instituto de Astronomía
de la UNAM
• En su interior tienen un singular estado de la materia, superfluido,
donde no hay viscosidad ni fricción
• De ellas, escapan los neutrinos, partículas elementales
sin carga eléctrica, cuya masa es tan pequeña que no
ha podido medirse
Las estrellas de neutrones son pequeñas,
densas, muy energéticas y dentro de ellas, la materia tiene un
singular estado: la superfluidez, donde no hay viscosidad ni fricción,
afirmó Dany Page, investigador del Instituto de Astronomía
(IA) de la UNAM.
Tienen una masa hasta dos veces mayor que la
del Sol, pero son del tamaño de una urbe, como de 20 kilómetros
de diámetro.
Page hizo un cálculo para explicar la
densidad de estos objetos celestes. “Podríamos tomar todos
los edificios de la Ciudad de México, Puebla, Toluca y Cuernavaca,
y concentrarlos a esa densidad: cabrían en una cucharita sin
llenarla. Estamos seguros que las estrellas de neutrones existen y alcanzan
estos niveles. Pero ¿de qué está hecha la materia
a esas densidades?”, cuestionó.
Fascinado por su singularidad, el universitario
viró de la física de altas energías, a la astrofísica,
en el momento en que, el 23 de febrero de 1987, se observó una
supernova, la primera visible al ojo desde el tiempo de Kepler, y el
nacimiento de una nueva estrella de neutrones.
“Fue un mensaje del cielo”, dijo,
tras confirmar que actualmente se conocen alrededor de dos mil 500 de
ellas, aunque los astrónomos estiman que en la Vía Láctea
hay cientos de millones, es decir, que cerca del uno por ciento de las
estrellas de nuestra galaxia son de neutrones.
“Unas dos mil se conocen porque emiten
ondas de radio, y hay otras, entre 300 y 500, que no emiten en radio
y se captan con rayos X porque son muy energéticas”, indicó.
Composición
Respecto a su conformación, algunas
estrellas de neutrones están solas, otras tienen una compañera
y acrecientan material de ella. Algunas son jóvenes y todavía
emiten radiación por su alta temperatura, o emiten pulsos en
ondas de radio, por lo que se llaman pulsares. Las que acrecientan materia
de su estrella compañera se vuelven tremendamente calientes,
y comúnmente el material acrecentado produce explosiones termonucleares,
llamados estallidos de rayos X, explicó.
Estos astros nacen si muere una estrella masiva.
“Una estrella normal está principalmente formada con hidrógeno
y helio, y durante su vida transforma estos en elementos cada vez más
pesados. Las que tienen una masa superior a unas 10 veces la del Sol,
alcanzan a producir hierro en su núcleo, que crece cada vez más,
y llega un momento en que la gravedad que produce este núcleo
denso es tan fuerte, que la materia no aguanta la fuerza y se empieza
a colapsar. Este colapso del núcleo de hierro produce una estrella
de neutrones e induce una gigantesca explosión del resto de la
estrella”.
Este último proceso se observa como
supernovas, pero el desplome forma la característica concentración
muy energética en pocos kilómetros, algo muy pequeño
para su densidad y el tamaño habitual de esos cuerpos celestes.
“Una vez formadas, son casi indestructibles”, afirmó
Page.
La revelación de Cassiopeia A
En su tesis doctoral, Page se percató
de la importancia de la superfluidez en la evolución de las estrellas
de neutrones. “Son las únicas que presentan ese fenómeno,
que también se puede reproducir en laboratorio, pero a muy bajas
temperaturas, a unos pocos grados Kelvin, muy cerca del cero absoluto”,
abundó.
Si se reproduce en un laboratorio, un superfluido
capturado en un tubo cerrado corre ininterrumpidamente sin perder energía
por fricción, pues no es viscoso.
En altas temperaturas, ese estado se produce
en sistemas de enorme densidad y alta energía, como la estrella
de neutrones Cassiopeia A, con la que Page y sus colaboradores del IA,
por un lado, y un grupo de colegas rusos, por otro, comprobaron la superfluidez
a inicios de este 2011.
La revelación de Cassiopeia A
significó para el investigador pasar de la teoría a la
práctica, pues la superfluidez se estudia teóricamente
hace más de 50 años, pero ahora Dany Page, en la UNAM,
y sus colaboradores, y el grupo de Peter S. Shternin, del Instituto
Físico-Tecnológico Ioffe de San Petersburgo, Rusia, observaron
el singular fenómeno en Cassiopeia A, una estrella de neutrones
ubicada a 11 mil años luz de distancia, en la vecindad del Sistema
Solar.
Cassiopeia A, que se observó
con el telescopio de rayos X del satélite Chandra, se ubica en
el centro del remanente de una supernova, es decir, una estrella en
agonía que para morir explotó hace 330 años (muy
poco tiempo en términos astronómicos), y es la estrella
de neutrones más joven conocida.
Estudio de neutrinos
La superfluidez de las estrellas de neutrones
acentúa la emisión de neutrinos, partículas elementales
sin carga eléctrica, cuya masa es tan pequeña que no ha
podido medirse. Los neutrinos se originan en condiciones muy especiales
y, una vez producidos, no interactúan con la materia, por lo
que el Universo es casi transparente para ellos.
Las reacciones nucleares que proporciona la
energía del Sol (fusión del hidrógeno en helio)
también produce neutrinos: millones de ellos nos atraviesan cada
segundo sin que nos enteremos, y luego la Tierra, sin que ellos se den
cuenta.
Los neutrinos son una fuga de energía
en las estrellas, pues una vez producidos se escapan y se llevan energía.
En algunos casos, como en las estrellas de
neutrones jóvenes, la pérdida de energía por neutrinos,
desde el interior de la estrella, supera mucho la pérdida de
energía debida a la emisión de fotones, desde la superficie
de la estrella. “Para explicar el enfriamiento rápido observado
en Cassiopeia A, necesitamos una pérdida que supere a la de los
fotones por una factor 10 mil: sólo los neutrinos pueden hacer
esto”, comentó Page.
Para formar un superfluido, los neutrones tienen
que aparearse; forman “pares de Cooper”. Se puede comparar
este proceso a un baile en una fiesta de adolescentes: las parejas se
forman, se separan, y otras lo vuelven a hacer. Si un “par de
Cooper” de neutrones se forma puede emitir un par de neutrinos
y la repetición del proceso resulta en una enorme pérdida
de energía, que explica el enfriamiento rápido observado
en esta joven estrella de neutrones en Cassiopeia A.
Para mayor información, visitar las siguientes
ligas: APS (American Physical Society), artículo “A Stellar
Superfluid” http://physics.aps.org/viewpoint-for/10.1103/PhysRevLett.106.081101
RAS (Royal Astronomical Society), artículo
“Superfluid and Superconductor discovered in a star’s core”
http://www.ras.org.uk/news-and-press/217-news2011/1925-superfluid-and-superconductor-discovered-in-a-stars-core
NASA, artículo “NASA’s Chandra
Finds Superfluid in Neutron Star’s Core”
http://chandra.harvard.edu/photo/2011/casa/
Science@NASA en YouTube, artículo “ScienceCasts:
Superfluids”
http://www.youtube.com/watch?v=Fb6zWYCYGfE&
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