Descubren un nuevo tipo de materia en el universo

Este tipo de materia ha sido hallada dentro de las estrellas de neutrones y podría ser indestructible.

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Jyrki Hokkanen, CSC - IT Center for Science

Las estrellas de neutrones, que son el resultado de una explosión de supernova, son las estrellas más pequeñas y densas del universo, con un radio de aproximadamente 10 kms, tienen unas 1,4-2,2 masas solares y representan la naturaleza cerca del límite de lo posible. Su propia gravedad es tan poderosa que aplasta protones y electrones hasta que se fusionan, dejando un material increíblemente denso.

Cuando una supernova explota, arroja la mayor parte de lo que una vez fue la estrella y deja un núcleo casi inimaginablemente denso. Si lo que queda tiene una masa más del doble que la del Sol, colapsará en un agujero negro. Los núcleos algo menos masivos tienen suficiente gravedad para exprimir la materia en un estado incluso más allá de los extremos de las enanas blancas, dejando que solo sobrevivan los neutrones.

Los físicos consideraron en el pasado que esta es la materia más densa y más exótica posible, pero otros expertos reflexionaron sobre la posibilidad de algo aún más extremo, la materia de quarks donde las partículas subatómicas que normalmente comprenden electrones, protones y neutrones se comportan como un líquido exótico.

Ahora, un equipo de científicos finlandeses ha encontrado pruebas bastante sólidas de la existencia de este tipo de materia sobre la que llevaba teorizándose 40 años. Se trata de una materia ajena a las leyes de la física: la materia de quark que se encuentra en el interior de las mayores estrellas de neutrones que existen.

Los físicos realizaron nuevos cálculos utilizando datos de ondas gravitacionales detectadas por primera vez a partir de una colisión de estrellas de neutrones en agosto de 2017, junto con observaciones de estrellas de neutrones sorprendentemente masivas. Su conclusión sugiere un resultado emocionante: los núcleos de las estrellas de neutrones más masivas son tan densos que los núcleos atómicos dejan de existir y se condensan en materia de quarks.

Es, según los investigadores, un hito importante en la comprensión de las extrañas entrañas de estos objetos extremos.

"La confirmación de la existencia de núcleos de quark dentro de las estrellas de neutrones ha sido uno de los objetivos más importantes de la física de estrellas de neutrones desde que esta posibilidad se planteó por primera vez hace aproximadamente 40 años", comenta Aleksi Vuorinen de la Universidad de Helsinki y el Instituto de Física de Helsinki.


Su existencia es muy probable

Incluso con simulaciones a gran escala realizadas en superordenadores incapaces de determinar el destino de la materia nuclear dentro de las estrellas de neutrones, los físicos propusieron un nuevo enfoque para el problema. Se dieron cuenta de que al combinar hallazgos recientes de partículas teóricas y física nuclear con mediciones astrofísicas, podría ser posible deducir las características y la identidad de la materia que reside dentro de las estrellas de neutrones.

Descubrieron que la materia dentro de los núcleos de las estrellas de neutrones estables más masivas se parece mucho más a la materia de quarks que a la materia nuclear ordinaria.


Incertidumbres

Eso sí, Vuorinen reconoce que "todavía hay una pequeña pero distinta probabilidad de que todas las estrellas de neutrones estén compuestas solo de materia nuclear", debido a cierta incertidumbre sobre la forma en que opera el sonido en condiciones tan extremas. "Sin embargo, lo que hemos podido hacer es cuantificar lo que requeriría este escenario. En resumen, el comportamiento de la materia nuclear densa debería ser realmente peculiar. Por ejemplo, la velocidad del sonido debería alcanzar casi la de la luz".


El descubrimiento de la materia del quark dentro de las estrellas de neutrones no solo sería sorprendente por sí mismo, sino que podría ayudarnos a aprender más sobre los primeros momentos de nuestro universo.


Habrá que esperar a las nuevas observaciones que están previstas para los próximos meses y años que seguramente conseguirán refinar aún más los resultados y apuntar en la dirección correcta respecto a la materia de quarks.

 

Referencia: Eemeli Annala et al, Evidence for quark-matter cores in massive neutron stars, Nature Physics (2020). DOI: 10.1038/s41567-020-0914-9

Sarah Romero

Sarah Romero

Fagocito ciencia ficción en todas sus formas. Fan incondicional de Daneel Olivaw y, cuando puedo, terraformo el planeta rojo o cazo cylons. Hasta que viva en Marte puedes localizarme por aquí.

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