La ‘pasta’ nuclear podría revelar secretos del más allá astral
Imagínese cocinar pasta a más de un billón de grados. Pero este no es un plato cualquiera de los domingos por la noche. Es la «pasta nuclear» dentro de las estrellas de neutrones. Los investigadores acaban de revelar que estas extrañas formas nucleares penetran en los núcleos de las estrellas de neutrones mucho más profundamente de lo que creíamos posible, y que esto podría cambiar radicalmente las propiedades de esas estrellas muertas.
Las estrellas de neutrones son la definición misma de extremo. Los núcleos restantes de algunas de las estrellas más masivas del universo suelen acumular material equivalente a unos pocos soles en un volumen no mayor que Manhattan. Para lograr estas increíbles densidades, el material del interior se comprime hasta el punto de que se rompen los enlaces atómicos e incluso nucleares. Es simplemente un mar gigante y caliente de neutrones, electrones y protones que flotan libremente, unidos por las complejas interacciones del universo. Fuerte energía nuclear.
Debido a estas condiciones extremas, los astrónomos aún no comprenden exactamente cómo se forma la materia de las estrellas de neutrones. Una posibilidad es que las estrellas de neutrones sean en realidad híbridas. Su corteza y sus capas exteriores están formadas casi exclusivamente por neutrones, a los que se añaden algunos electrones y protones a la mezcla. Pero sus centros están bajo presiones y densidades tan intensas que incluso los neutrones se desintegran, dejando tras de sí una masa densa y semilíquida de quarks, el componente básico de la materia.
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La relación entre el núcleo de quarks y la capa exterior de neutrones determina las propiedades generales de una estrella de neutrones: cómo gira, cómo vibra cuando la capa exterior se agrieta y cómo se comporta cuando choca con otras estrellas de neutrones en una explosión conocida como kilonova. . Las estrellas de neutrones que tienen un corte pronunciado entre el núcleo y las capas exteriores se comportarán de manera diferente a las estrellas de neutrones con una mezcla gradual entre esas regiones. Sin embargo, como no hay estrellas de neutrones cercanas para abrir e investigar, tenemos que recurrir a modelos teóricos para intentar comprender sus interiores.
Un par de físicos teóricos han asumido este desafío. En un documento presentado el 26 de agosto a base de datos de preimpresión arXivAplicaron modelos de última generación sobre el comportamiento de quarks y neutrones al interior de estrellas de neutrones. En su trabajo, que aún no ha sido revisado por pares, se centraron en la elusiva y compleja región de transición entre el núcleo del quark y las capas externas del neutrón, especialmente en lo que respecta a la apariencia de espagueti.
No se trata de una pasta cualquiera: la «pasta» nuclear de esta región de transición está formada por grupos compactos de neutrones sumergidos en un mar de quarks. Su aparición proviene de la compleja interacción de fuertes fuerzas nucleares y electromagnéticas, que hacen que los neutrones se doblen y retuerzan en una variedad de formas extrañas a lo largo de la zona de transición. Cuando los físicos descubrieron por primera vez estas estructuras, encontraron una variedad de formas interesantes: grupos, tubos, varillas y burbujas, que se asemejan a la maravillosa variedad de formas de pasta que se encuentran en la cocina italiana. (Esta metáfora funcionó mejor cuando se dieron cuenta de que la “pasta nuclear” estaba sumergida en un baño caliente de quarks, como una olla de agua hirviendo). Finalmente, a profundidades suficientes, las presiones se vuelven demasiado fuertes y los fideos se desintegran en un mar de quarks.
Los investigadores observaron el importante papel de la tensión de flexión, que es la resistencia de la forma curva a las transformaciones que intentan enderezarla. La tensión de flexión es similar a la tensión superficial más común, donde un líquido resiste fuerzas externas que intentan penetrar su superficie.
Los investigadores descubrieron que las tensiones de flexión pueden favorecer algunas formas, permitiendo que la pasta ahora «cocida» llegue profundamente al núcleo del quark, mientras que otras formas no se ven favorecidas. Específicamente, descubrieron que los tubos y las burbujas pueden sobrevivir en densidades mucho más altas de lo que se pensaba anteriormente, gracias a las contribuciones de la tensión de flexión, mientras que las gotas y las varillas no duran tanto.
Estos pueden parecer pequeños cambios, pero potencialmente pueden tener grandes impactos. Cuando las estrellas de neutrones chocan y producen explosiones de kilonovas, los detalles de esa explosión y, lo que es más importante, la capacidad de esa explosión para explotar, son importantes. Producir muchos de los elementos más pesados de la tabla periódica. – Está basado en el diseño interior de una estrella de neutrones. Las diferencias en la distancia que alcanzan los neutrones al núcleo y las formas que adoptan pueden cambiar la forma en que se desarrollan estas explosiones.
El siguiente paso de los investigadores es desarrollar esta línea de pensamiento e investigar cómo se pueden utilizar las explosiones de kilonovas para revelar las estructuras detalladas del interior de las estrellas de neutrones, especialmente todas las deliciosas formas de las estrellas de neutrones.
