El núcleo de algunas estrellas de neutrones está hecho de quarks libres

Los núcleos de las estrellas de neutrones contienen lo que aún puede considerarse materia como la entendemos, aunque a las mayores densidades alcanzadas en nuestro universo actual, con hasta dos masas solares de materia comprimidas dentro de una esfera de 25 kilómetros de diámetro. Más allá de este nivel de densidad, se crea un agujero negro, del que ya nada, ni siquiera la luz, puede salir, y que plantea muchas incógnitas sobre la naturaleza de lo que hay dentro.

En más de un sentido, las estrellas de neutrones pueden considerarse núcleos atómicos gigantes. De hecho, la gravedad comprime en ellos la materia hasta densidades que superan con creces las de los protones y neutrones individuales.

Estas densidades convierten a las estrellas de neutrones en objetos de mucho interés para la física de partículas. Un misterio pendiente desde hace tiempo es si la inmensa presión central de las estrellas de neutrones puede comprimir protones y neutrones en una fase exótica de la materia, conocida como materia fría de quarks. En este exótico estado de la materia, los protones y neutrones individuales ya no existen. En cambio, los quarks y gluones que los componen se liberan de su típico confinamiento y pueden moverse casi con toda libertad.

Un equipo internacional integrado, entre otros, por Eemeli Annala y Aleksi Vuorinen, de la Universidad de Helsinki en Finlandia, ha proporcionado por primera vez una estimación cuantitativa de la probabilidad de que existan núcleos de estrellas de neutrones hechos mayormente de materia de quarks.

Los autores del estudio han demostrado que, según las observaciones astrofísicas actuales, la materia de quarks es casi inevitable en los núcleos de las estrellas de neutrones más masivas. La estimación cuantitativa sitúa la probabilidad entre el 80 y el 90 por ciento. A este resultado se ha llegado mediante cálculos extensos de supercomputadora.

Recreación artística de las diferentes capas del interior de una estrella de neutrones masiva, en la que la esfera roja representa un núcleo hecho mayormente de quarks libres. (Imagen: Jyrki Hokkanen, CSC. CC BY)

La pequeña probabilidad restante (10-20%) de que todas las estrellas de neutrones estén compuestas únicamente de materia a base de núcleos atómicos (esencialmente, neutrones) requiere que el cambio de materia nuclear a materia de quarks sea una transición de fase de primer orden, similar a la del agua líquida que se convierte en hielo. Este tipo de cambio rápido en las propiedades de la materia de una estrella de neutrones podría desestabilizar la estrella de tal manera que la formación de un núcleo de materia de quarks, por minúsculo que fuera, provocaría el colapso de la estrella hasta convertirse en un agujero negro. No habría pues estrellas con núcleo de quarks porque de inmediato se convertirían en agujeros negros.

El estudio se titula “Strongly interacting matter exhibits deconfined behavior in massive neutron stars”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Communications. (Fuente: NCYT de Amazings)