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El neutrón es la partícula que compone principalmente las estrellas de neutrones. Por sí solo es inestable: un neutrón libre vive unos quince minutos y luego se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Pero en dos tipos diferentes de experimentos, la vida media resulta distinta: en un haz de partículas, los neutrones viven un poco más que en una trampa. Esta discrepancia ha inquietado a los físicos durante muchos años.

Una de las ideas es que a veces el neutrón se desintegra de otra manera: en un protón y partículas 'oscuras' invisibles que no dejan rastro en los detectores. Entonces, algunas desintegraciones simplemente no se observan y la vida media parece mayor. Un nuevo trabajo examina qué sucedería si esa desintegración oscura ocurriera dentro de una estrella de neutrones. Allí los neutrones están comprimidos tan densamente que una cucharada de esa materia pesaría como una montaña. Si la desintegración no se suprime, la estrella pierde neutrones y se contrae más de lo normal.

Los autores propusieron que en el interior superdenso la desintegración oscura del neutrón se suprime: a densidades varias veces mayores que la del núcleo atómico, apenas ocurre. Entonces la estrella permanece estable, pero en sus capas externas, donde la densidad es menor, la desintegración es posible. Esto crea dentro de la estrella una mezcla de materia ordinaria y partículas oscuras, sin necesidad de colisiones con otros objetos. Esa mezcla explica tanto las estrellas ligeras como la existencia de estrellas de neutrones pesadas ordinarias con masas de hasta dos soles.

La desintegración oscura del neutrón es por ahora una hipótesis, pero conecta elegantemente dos enigmas: por qué el neutrón vive de manera diferente en distintos experimentos y por qué algunas estrellas son demasiado pequeñas. Si se confirma, sabremos que la materia invisible puede nacer directamente en el interior de los objetos más densos del universo.

Resumen original

tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2602.04477

Recent measurements of the compact star XTE J1814-338, with a mass of $$M=1.2_{-0.05}^{+0.05}\ M_{\odot}$$ and a radius of $$R=7_{-0.4}^{+0.4} \ {\rm Km}$$ alongside those of HESS J1731-347, which has a mass of $$M=0.77_{-0.17}^{+0.20}\ M_{\odot}$$ and a radius of $$R=10.4_{-0.78}^{+0.86} \ {\rm Km}$$, provide compelling evidence for the potential existence of exotic matter in neutron star cores. These observations offer important insights into the equation of state of dense nuclear matter. Recently, Fornal and Grinstein, in order to overcame the discrepancy between the neutron lifetime measured in beam and bottle experiments, proposed the existence of neutron dark decay. In the present work, an effort is made to connect the interpretation of the above exotic compact objects with the possible existence of dark particles, assumed to be products of neutron dark decay. Our hypothesis offers an advantage over comparable proposals, as the coexistence of dark matter and hadronic matter within neutron stars emerges from an intrinsic mechanism, thereby obviating the need to invoke external merger-related processes. It is still unclear to what extent the proposed dark decay of the neutron is affected by the extreme environment within neutron stars. Within this framework, we examined the case in which a mechanism suppressing the dark neutron decay becomes operative at densities few times above nuclear saturation density. We found that the proposed alternative explanation accommodates the simultaneous existence of neutron dark decay while consistently predicting both the two solar mass limit and the presence of compact objects with subsolar masses.