¿Qué tan grande es una estrella de neutrones? Estas estrellas colapsadas extremadamente densas y extremas son bastante pequeñas, en lo que respecta a los objetos estelares. Durante años, los astrónomos han vinculado estrellas de neutrones en algún lugar entre 19-27 km (12 a 17 millas) de ancho. En realidad, esto es bastante preciso, dadas las distancias y características de las estrellas de neutrones. Pero los astrónomos han estado trabajando para reducir eso a un nivel uniforme más Medición precisa.
Un equipo internacional de investigadores ha hecho exactamente eso. Utilizando datos de varios telescopios y observatorios diferentes, miembros del Instituto Max Planck de Física Gravitacional, el Instituto Albert Einstein (AEI) han reducido las estimaciones de tamaño de las estrellas de neutrones en un factor de dos.
"Encontramos que la típica estrella de neutrones, que es aproximadamente 1,4 veces más pesada que nuestro Sol, tiene un radio de aproximadamente 11 kilómetros", dijo Badri Krishnan, quien dirigió el equipo de investigación en el AEI Hannover. "Nuestros resultados limitan el radio para estar en algún lugar entre 10.4 y 11.9 kilómetros".
Eso se traduce en entre 20.8 - 23.8 km (13-14.8 millas) de diámetro.
El objeto del estudio de este equipo es bastante famoso: la fusión binaria de estrellas de neutrones GW170817 que creó las ondas gravitacionales detectadas en 2017 por el LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) y el consorcio Virgo. Este objeto ha sido estudiado en numerosas ocasiones por múltiples telescopios, incluido el satélite Fermi, el telescopio espacial Hubble y otros telescopios y observatorios de todo el mundo. Todas esas observaciones le dieron al equipo de Max Planck una gran cantidad de datos para trabajar.
"¡Las fusiones binarias de estrellas de neutrones son una mina de oro de información!" dijo Collin Capano, investigador de la AEI Hannover y autor principal de un artículo publicado en Nature Astronomy. “Las estrellas de neutrones contienen la materia más densa en el universo observable. ... Al medir las propiedades de estos objetos, aprendemos sobre la física fundamental que rige la materia en el nivel subatómico ".
Las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella masiva se queda sin combustible y se derrumba. La región muy central de la estrella, el núcleo, se colapsa, aplastando cada protón y electrón en un neutrón. Si el núcleo de la estrella en colapso está entre aproximadamente 1 y 3 masas solares, estos neutrones recién creados pueden detener el colapso, dejando atrás una estrella de neutrones.
Las estrellas con masas aún más altas continuarán colapsándose en agujeros negros de masa estelar.
Pero el colapso en una estrella de neutrones crea el objeto más denso conocido, una vez más, un objeto con la masa de un sol aplastado hasta el tamaño de una ciudad. Y probablemente haya escuchado esta otra comparación antes, pero vale la pena repetirla por lo dramática que es: un cubo de azúcar de material de estrella de neutrones pesaría aproximadamente 1 billón de kilogramos (o mil millones de toneladas) en la Tierra, casi tanto como el Monte Everest.
El equipo de investigación utilizó un modelo basado en la comprensión fundamental de cómo interactúan las partículas subatómicas en las altas densidades encontradas dentro de las estrellas de neutrones.
Pero dado que el tamaño de otras estrellas puede variar ampliamente, ¿no podría variar también el tamaño de las estrellas de neutrones?
Primero, para aclarar, el radio citado en este estudio es para una estrella de neutrones que tiene una masa 1,4 veces mayor que la de nuestro Sol.
"Esta es una masa fiducial que se usa típicamente en la literatura porque casi todas las estrellas de neutrones que se han observado en un binario tienen una masa cercana a este valor", dijo Capano a la revista Space en un correo electrónico. "La razón por la que podemos usar GW170817 para estimar el radio de 1.4 estrellas de neutrones de masa solar es que esperamos que casi todas las estrellas de neutrones estén hechas del mismo material".
Para otras estrellas "regulares", la relación entre su masa y radio depende de una serie de variables, como el elemento que la estrella está fusionando en su núcleo, explicó Capano.
"Las estrellas de neutrones, por otro lado, son tan compactas y densas, que no hay realmente átomos separados en ellas: la estrella entera es básicamente un núcleo atómico único gigante, que consiste casi en su totalidad de neutrones apretados", dijo. “Por esa razón, no se puede pensar que las estrellas de neutrones estén formadas por elementos posiblemente diferentes. De hecho, "elemento" realmente no tiene ningún significado en estas densidades, ya que lo que define a un elemento es la cantidad de protones que tiene en sus átomos constituyentes ".
Capano dijo que dado que todos los neutrones están hechos de las mismas cosas (quarks, unidos por gluones), los astrónomos esperan que haya un mapeo universal entre la masa y el radio que se aplique a todas las estrellas de neutrones.
"Entonces, cuando citamos el posible tamaño de 1.4 estrellas de neutrones de masa solar, lo que estamos haciendo en realidad es limitar las posibles leyes físicas que describen el mundo subatómico", dijo.
Como el equipo describe en su artículo, sus resultados y procesos también se pueden aplicar al estudio de otros objetos astronómicos, como púlsares, magnetares e incluso la forma en que se emiten las ondas gravitacionales para proporcionar detalles de lo que está creando estas ondas.
"Estos resultados son emocionantes, no solo porque hemos podido mejorar enormemente las mediciones de radios de estrellas de neutrones, sino porque nos da una ventana al destino final de las estrellas de neutrones en la fusión de binarios", dijo Stephanie Brown, coautora de la publicación. y estudiante de doctorado en el AEI Hannover.
Más:
Documento: Restricciones estrictas sobre radios de estrellas de neutrones a partir de observaciones multimessenger y teoría nuclear
Comunicado de prensa del Instituto Max Planck
