compacidad

El púlsar PSR J0614-3329 da 318 vueltas por segundo. Un punto en su ecuador vuela a unos 10% de la velocidad de la luz. Visto desde fuera, la estrella parece un faro que gira tan rápido que su haz se funde en un anillo continuo.

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se curva a su alrededor, como un corredor que dobla la esquina del estadio. Para una estrella de neutrones, ese ángulo de desviación suele considerarse igual al de una masa puntual.

En la oscura cocina de la nube molecular de Tauro, a 450 años luz de nosotros, se preparan decenas de sistemas planetarios. Cada estrella joven es un chef, y su disco protoplanetario es la mesa cubierta de harina (polvo) y vapor (gas).

Una enana blanca es el antiguo núcleo de una estrella como el Sol, comprimido hasta el tamaño de la Tierra. Una cucharadita de su materia pesaría varias toneladas. Una estrella de neutrones es un resto aún más denso: una ciudad del tamaño de Manhattan, pero con una masa mayor que la del Sol.

Un «calibrador» cósmico pronto medirá una estrella de neutrones con una precisión de cien metros. Para un objeto de un par de decenas de kilómetros de diámetro, es como medir el grosor de un cabello humano desde un kilómetro de distancia. Una estrella de neutrones es el remanente de una supernova que explotó.

Un enjambre de partículas diminutas e invisibles —como una nube de polen— se desplaza por el espacio. En su camino aparece un agujero negro. Algunas partículas caen en él y desaparecen para siempre; otras rodean la trampa y continúan su viaje. Los físicos han trazado un mapa que muestra cuánta materia será engullida y cuánta sobrevivirá.

En agosto de 2019, los detectores LIGO y Virgo registraron una onda gravitacional procedente de la fusión de dos objetos compactos en un sistema de estrella binaria. Uno de ellos pesaba 23 masas solares, un agujero negro común. El otro, sin embargo, tenía entre 2.5 y 2.67 M⊙.

Una estrella de neutrones es el núcleo que fue de una estrella masiva, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su materia pesa como una montaña. Pero dentro de esta esfera ultradensa puede esconderse una sorpresa: bajo una presión inimaginable, los neutrones se descomponen en quarks y la estrella adquiere un núcleo nuevo, más compacto.

En mayo de 2020, los detectores LIGO y Virgo registraron la onda gravitacional GW200105. Entre muchas ondas gravitacionales similares, esta se destacó por una rareza: la órbita de la estrella de neutrones y el agujero negro que chocaron no era un círculo perfecto, sino una elipse alargada.

Dos patinadores en un lago congelado hasta el horizonte. Están tan lejos que sus siluetas se han reducido a puntos, y su atracción mutua es casi un concepto teológico. Según los preceptos de Newton, deberían girar en un vals especulativamente lento. Pero los telescopios ven otra cosa.

Las estrellas de neutrones — restos de supernovas — son unos de los objetos más densos del Universo. Su densidad central supera varias veces la nuclear, y su gravedad solo cede ante los agujeros negros.

Observe un triángulo equilátero: el símplex probabilístico para tres activos. Cada punto en su interior es una cartera: participaciones no negativas que suman la unidad. El centro del triángulo, el baricentro, corresponde a la distribución uniforme del capital (1/3, 1/3, 1/3). Parece que, al acercarse a este punto, se reduce el riesgo y se evitan los límites peligrosos.

Como un carrusel: es más fácil hacer girar uno ligero que uno pesado. Algo similar ocurre con las estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado. Los astrónomos examinaron unas cincuenta sistemas binarias donde una estrella de neutrones orbita alrededor de otra y notaron que cuanto más masiva es la estrella, más largo es su período de rotación.

Un bebé caliente y un adulto frío: la misma estrella de neutrones se ve diferente. Apenas nace en la explosión de una supernova, está al rojo vivo a decenas de miles de millones de grados. Pero con el tiempo se enfría y se contrae, como un metal que se encoje al enfriarse. Para la estrella PSR J1012+5307, esta transición significa una reducción del radio de casi el doble.

Las estrellas de neutrones son el acorde final en la evolución de astros masivos. Nacidas en el cataclismo de una supernova, comprimen una masa comparable a la del Sol en una esfera del tamaño de una metrópolis terrestre.

Una estrella de neutrones es el núcleo que queda tras la explosión de una estrella masiva. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesaría miles de millones de toneladas. Pero las dimensiones y la masa exactas de estos objetos siguen siendo motivo de debate.

En el interior de una estrella comprimida al límite, las partículas se comportan como las cuerdas de un instrumento musical inusual. Sus oscilaciones obedecen a una ecuación compleja que durante casi un siglo nadie pudo resolver con exactitud.

Cuando dos estrellas superdensas giran en un baile íntimo, el espacio a su alrededor tiembla. Ese temblor —las ondas gravitacionales— es captado por gigantescos detectores en la Tierra. Pero descifrar la señal no es fácil: hay que entender con qué nos enfrentamos, si con un par de agujeros negros o de estrellas de neutrones.

Una estrella de neutrones es el resto de una gigante que explotó, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su materia pesa mil millones de toneladas. Dentro de una estrella así, las partículas están tan apretadas que empiezan a manifestarse efectos cuánticos. Uno de ellos es la rotación propia de las partículas, o espín.

Una estrella de neutrones es una lente gravitacional donde se enfocan nuestros intentos de vislumbrar la materia oscura. A través de su materia superdensa, como a través de un exótico cristal, buscamos el axión, una partícula esquiva capaz de explicar la masa oculta del Universo.

Las estrellas de neutrones son «copos de nieve» cósmicos de una densidad inimaginable: una cucharada de su materia pesaría más que el monte Everest. Era un misterio qué había en sus profundidades: materia neutrónica ordinaria (un núcleo atómico gigante) o materia exótica de quarks, donde las partículas no están confinadas en neutrones.

Si enciendes una lámpara en una habitación, iluminará las paredes. Pero si pones la misma lámpara en un salón enorme, la luz apenas llegará a las esquinas. De manera similar, la radiación de las estrellas jóvenes actúa sobre el gas de una galaxia: arranca electrones de los átomos de hidrógeno, haciendo que el gas brille.

En el corazón de nuestra ciudad estelar — Галактики — se esconde un supermasivo чёрная дыра, Sagitario A*. A su alrededor, en una danza vertiginosa, gira la estrella S2. Pero sus movimientos no solo revelan la atracción del agujero: en la danza hay un compañero invisible: la тёмная материя.

En la familia de los restos superdensos de estrellas muertas, durante mucho tiempo hubo un vacío. Las estrellas de neutrones — rápidas peonzas del tamaño de una ciudad — rara vez superan las dos masas solares. Los agujeros negros comienzan aproximadamente en cinco masas solares. Y entre ellos hay un «vacío» donde durante décadas no se encontró ningún objeto.

En la imagen habitual, los agujeros negros son los campeones absolutos en densidad: toda su materia está concentrada en un punto. Es como si toda la masa del Monte Everest cupiera en un grano de sal. Pero los físicos han encontrado un truco teórico.

Inmediatamente después del Big Bang, en el espacio podrían haber flotado cúmulos con una masa de un billón de soles y una carga eléctrica de fuerza colosal, como billones de esferas electrificadas.

En el plasma ardiente del universo recién nacido, cuando el espacio mismo aún resonaba con el eco del Big Bang, pudieron surgir objetos que desafían a la propia gravedad. No son los habituales agujeros negros, sino gigantes eléctricamente cargados: los astrones.

El cosmos está lleno de mimetismo. La mariposa de cristal lleva la máscara de una avispa, la inofensiva mosca zumba como una abeja. Y en el mundo de la gravedad, el papel de impostor quizás lo juegan las estrellas bosónicas — gigantescos grumos de campo escalar, indistinguibles de los agujeros negros.

Cuando una estrella masiva estrella agota su combustible, el colapso del núcleo puede generar una supernova y una estrella de neutrones, pero si la masa es suficiente, nada detiene la compresión: nace un agujero negro.

Si golpeas una campana, zumba a una sola altura. Y si colocas una segunda lengüeta en su interior y ambas suenan sin tocarse, el sonido se vuelve más complejo. Algo así es una estrella de neutrones de un nuevo estudio. No es solo una esfera incandescente: en su interior pueden fluir dos líquidos que no se mezclan, por ejemplo, neutrones superfluidos y plasma ordinario.

Una estrella de neutrones es el núcleo muerto de una estrella masiva, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su material pesa como una montaña.

Un globo en la palma de la mano rebota igual en todas direcciones. Pero una botella de refresco se comporta de otra manera: a lo largo del cuello es rígida, pero transversalmente se aplasta con facilidad. Así más o menos es la presión dentro de algunas estrellas: puede ser desigual en distintas direcciones. Estas estrellas se llaman anisotrópicas, y hasta ahora su comportamiento se describía con métodos dispersos.

Los neutrinos son las partículas con masa más abundantes del universo. Atraviesan nuestro cuerpo por billones cada segundo, pero apenas dejan rastro. Su atracción gravitatoria conjunta, aunque ínfima, puede influir en el movimiento de galaxias enteras.

El halo de nuestra galaxia es una enorme nube difusa de estrellas viejas que envuelve el disco que conocemos. Guarda la historia de cómo la Vía Láctea creció al absorber galaxias enanas vecinas.

En los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, el cosmos parecía un ruidoso club de adolescentes: las galaxias estallaban, chocaban y formaban estrellas por cientos. Pero en medio de ese bullicio, el telescopio James Webb ha vislumbrado algo extraño: barrios enteros de 'jubilados' silenciosos.

La densidad en el centro de una estrella de neutrones es tal que una cucharadita de su materia pesaría como una montaña. Los físicos llevan mucho tiempo intentando entender cuán masiva puede ser una estrella así antes de colapsar en un agujero negro.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

Los neutrinos son partículas diminutas que apenas interactúan con la materia. Atraviesan una estrella sin obstáculos, como balas a través de la niebla. Cuando una estrella masiva se prepara para explotar, su núcleo se contrae, la temperatura aumenta y comienzan a escapar neutrinos.

En 2019, los detectores de ondas gravitacionales captaron una señal de la fusión de objetos lejanos. Uno de ellos era un agujero negro de 23 masas solares. El segundo pesaba solo 2,5 masas solares, y eso es extraño. Normalmente, las estrellas de neutrones no superan las dos masas solares: con más masa se comprimen hasta convertirse en agujero negro.

Mucho antes, Fritz Zwicky predijo que tras la explosión de una supernova nace una diminuta estrella de neutrones. Años después, Jocelyn Bell Burnell captó sus pulsaciones, descubriendo los púlsares.