Las estrellas de neutrones no son realmente estrellas

Las estrellas de neutrones no son verdaderas estrellas aunque, menos mal, sí están compuestas de neutrones. En estos masivo y densos astros, que se encuentran entre los objetos más extremos del universo, no tiene lugar la fusión nuclear que mantiene activas y brillando a las estrellas convencionales, como nuestro Sol.

Las estrellas de neutrones, a pesar de su nombre, no son estrellas. Una estrella es una gigantesca bola de gas y plasma que acumula suficiente masa como para que las tremendas presiones en su interior sean capaces de elevar la temperatura de su núcleo lo suficiente como para hacer posible la fusión nuclear de, al menos, los núcleos de hidrógeno que allí se encuentran. Al menos porque el hidrógeno es el elemento más común del universo y, de entre los que se encuentran en cierta cantidad, el que más energía produce tras fusionarse, perpetuando la cadena de reacciones que hace estrella a una estrella. 

Es este mismo criterio el que se sigue para no clasificar a las enanas marrones como auténticas estrellas, pues no acumulan suficiente masa y no generan presiones suficientemente grandes como para que la fusión nuclear tenga lugar en su interior de manera sostenida en el tiempo. Estas enanas marrones son objetos subestelares, a medio camino entre los planetas gigantes como Júpiter y las estrellas más pequeñas, las enanas rojas. Estrellas como Próxima Centauri donde sí se dan las condiciones apropiadas. Es por esto que, técnicamente, no deberíamos considerar a las estrellas de neutrones como estrellas propiamente dichas. Estos astros están compuestos de neutrones y alcanzan densidades similares a las de un núcleo atómico a pesar de tener tamaños trillones de veces más grandes. Dicho de otro modo, estos astros acumulan la masa del Sol en una esfera de apenas 10 kilómetros de radio. Pero a pesar de las grandísimas presiones que deben experimentarse en su interior, no hay núcleo atómico alguno que fusionar.

Por supuesto las estrellas de neutrones y las enanas marrones tienen orígenes muy diferentes. Las enanas marrones se forman, como cualquier otra estrella, tras la lenta compresión de una gigantesca nube de gas y polvo. La diferencia con las estrellas de verdad es simplemente que esa nube, o la parte de la nube que acabó dando a la enana marrón, no contenía suficiente masa para formar una verdadera estrella. Las estrellas de neutrones sin embargo tienen un origen mucho más repentino y violento, pues se forman tras la muerte de una estrella muy masiva en forma de explosión de supernova.

Estas explosiones no tienen todas el mismo origen. Un buen porcentaje de ellas, las conocidas como supernovas de tipo Ia (uno a) la explosión se produce tras una reacción en cadena producida por la fusión de carbono que hace explotar a la estrella, sin dejar tras de sí nada más que la propia explosión. Las supernovas de tipo II (dos) por el contrario suceden cuando una estrella implosiona en sus últimos momentos de vida, expulsando sus capas más externas y ligeras en esta potentísima explosión. La explosión destruye por completo a la estrella original, pero al parecer la implosión deja tras de sí un objeto extremadamente compacto, lo que conocemos como una estrella de neutrones. Estos astros son de los objetos macroscópicos más densos del universo, solo superados por los agujeros negros. Una estrella de neutrones es más densa que el núcleo de cualquier estrella e incluso que las enanas blancas.

Durante la implosión de las capas interiores de la estrella masiva justo antes de la explosión de supernova, los electrones chocan violentamente contra los protones, formando neutrones y emitiendo neutrinos en el proceso. Los neutrinos abandonan la estrella rápidamente, pues pasan intactos a través de grandísimas distancias de denso material, pero los neutrones quedan atrapados en el núcleo colapsante. Es la presión de degeneración de los propios neutrones, la consecuencia más directa del principio de exclusión de Pauli, la única capaz de detener la contracción de este núcleo antes de que se convierta en un agujero negro. La onda de choque que destroza las capas externas no alcanza el núcleo de la estrella, quedando tras toda la destrucción lo que conocemos como una estrella de neutrones.

Como ya hemos dicho estos objetos acumulan masas similares a la del Sol en un tamaño de apenas unos kilómetros de radio, siendo más pequeñas por tanto que cometas como el Swift-Tuttle, el causante de la lluvia de estrellas de las Perseidas. Son tan densas las estrellas de neutrones, que una pequeña cucharadita del material que las compone acumula millones de toneladas de masa. Otra diferencia con las enanas marrones es que las estrellas de neutrones sí brillan, aunque no lo hacen por las temperaturas alcanzadas durante la fusión nuclear del hidrógeno sino por el calor residual producto del violento proceso que las formó.

Además de comprimir el núcleo, el colapso que tiene lugar tras la supernova también acelerará la rotación hasta conseguir que la estrella de neutrones rote varios cientos de veces por segundo. También potenciará su campo magnético, llegando a tener las estrellas de neutrones recién formadas campos magnéticos billones de veces más intensos que el de la Tierra.

Todas estas características sin embargo irán decayendo con el tiempo. El astro se irá enfriando, su rotación se irá ralentizando y su campo magnético se irá atenuando, en un proceso sumamente lento que puede tardar miles de millones de años en completarse.

Referencias:

James M. Lattimer, 2015, Introduction to neutron stars, AIP Conference Proceedings 1645, 61 (2015); https://doi.org/10.1063/1.4909560

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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