hiperón

El mapa de la materia nuclear densa se asemeja a un mapa de carreteras: las líneas de transición de fase se cruzan en puntos críticos, como las autopistas en los cruces. Hasta ahora, en ese mapa se encontraban dos cruces: la transición nuclear líquido-gas y la de desconfinamiento, donde los hadrones se descomponen en quarks.

Una estrella de neutrones es lo que queda después de la explosión de una estrella masiva. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesaría miles de millones de toneladas. En tales condiciones, los protones y neutrones pueden reorganizarse y aparecen nuevas partículas: los hiperones, similares a los neutrones pero que contienen un quark 'extraño'.

Una estrella de neutrones es el remanente de una estrella que explotó, comprimido tan fuertemente que una cucharadita de su materia pesaría como una montaña. Dentro de ese objeto, los protones y neutrones están empaquetados muy juntos, y bajo una presión enorme pueden aparecer hiperones —partículas que contienen un quark extraño.

Tres bolas de billar tras el impacto se dispersan por la mesa: sus trayectorias dependen solo del impulso inicial. Pero en el mundo de los núcleos atómicos todo es más complejo: las partículas se sienten entre sí en movimiento, incluso si no están ligadas en un todo.

En la lejana galaxia del Cigarro hay un faro insólito. No brilla en el sentido habitual: sus rayos nacen en una nube ardiente alrededor de un agujero negro que devora la materia de una estrella compañera. Estos objetos se denominan fuentes ultraluminosas de rayos X. Su fulgor en rayos X es tan intenso que eclipsa a galaxias enteras.

A 123 pársecs de la Tierra, en la constelación de la Corona Austral, navega la estrella de neutrones RX J1856.5-3754. Su diámetro es de unos 12 kilómetros, menor que una carretera de circunvalación urbana, pero la temperatura de su superficie alcanza los 460 000 kelvin. La estrella emite una exhalación lenta, casi inaudible.

Una estrella de neutrones es un caldero hirviente del tamaño de una ciudad, pero con una masa de una vez y media la del Sol. En sus profundidades, la materia está tan comprimida que los núcleos atómicos pierden su sentido.

Un puñado de arena en el puño: los granos se empujan entre sí y la mano no puede cerrarse más. La materia ordinaria se comporta de manera similar. Pero en una estrella de neutrones, la compresión es miles de millones de veces más fuerte: los átomos están aplastados, los electrones incrustados en los protones, y casi todo el espacio está lleno de neutrones.

Una bola de billar choca contra otra en la más absoluta oscuridad. El sonido del impacto y el golpe de las bolas al caer en la tronera es todo lo que se oye. Así, más o menos, estudian los físicos las interacciones entre partículas elementales a energías que ningún acelerador terrestre puede reproducir.

En junio de 2024, el radiotelescopio CHIME registró desde la fuente FRB 20240114A más de 700 estallidos de radio por hora. Este repetidor hiperactivo libera en una hora casi toda la energía magnética de un magnetar común (estrella de neutrones con campo ultraintenso).

En las profundidades de una estrella de neutrones, la materia está tan comprimida que los protones y neutrones habituales dejan paso a nuevos actores. Allí nacen los hiperones, partículas que contienen un quark extraño.

El interior de las estrellas de neutrones es el reino de la materia degenerada. Aquí los protones se condensan en un condensado superconductor, atravesado por vórtices cuánticos. Imagina diminutos trompos magnéticos: cada uno lleva un cuanto de flujo magnético y se desliza a través del líquido de electrones.

Durante mucho tiempo, los astrónomos buscaron las «fábricas» de los rayos cósmicos más energéticos — partículas que llevan en su interior un macromundo comprimido al tamaño de un núcleo atómico. Las sospechas recaían sobre colosales regiones de formación estelar como Cygnus OB2, donde chocan los vientos de jóvenes gigantes.

Una estrella de neutrones es una ciudad comprimida hasta el tamaño de una metrópolis, donde la materia está densificada al límite. En el mismo centro de esa ciudad puede comenzar una remodelación: los neutrones y protones habituales ceden su lugar a un plasma de quarks, los quarks libres que componen casi todo lo que nos rodea.

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.

El Universo es un cocinero genial, y el Big Bang es su receta perfecta. El hidrógeno subió esponjoso, el helio se fundió suave, pero el litio-7 parecía demasiado salado: la teoría predice tres veces más del que los astrónomos encuentran en las estrellas más antiguas.

En las profundidades de una estrella de neutrones masiva , donde una cucharadita de materia pesa como una montaña, los quarks están comprimidos hasta una cercanía inimaginable.

Dentro de una estrella de neutrones, la materia se comprime tanto que los núcleos atómicos dejan de ser grumos separados. Los neutrones y los protones se acercan entre sí, y sus interiores —los quarks— comienzan a sentir a los vecinos a través de las paredes de sus "sacos".

Dentro del protón hierve la vida. Los quarks no están simplemente sentados: los mantienen unidos unas partículas portadoras, los gluones (de la palabra glue, pegamento). Normalmente, este pegamento está distribuido uniformemente, como mantequilla sobre una sartén. Pero cuando las energías se vuelven enormes, los gluones empiezan a agruparse en grumos.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en igual cantidad. Pero hoy solo vemos materia: estrellas, planetas, nosotros mismos. ¿Dónde quedó la antimateria? Una de las pistas se esconde en partículas casi imperceptibles: los neutrinos diestros.

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.

Un puñado de arena que pesa como una pequeña montaña: así son aproximadamente los strangelets, diminutos grumos de "materia extraña" de quarks, donde las partículas están comprimidas hasta densidades inimaginables. En un nuevo trabajo, los astrofísicos han comprobado si tales objetos pueden existir en la naturaleza y qué aspecto tendrían.

Una gota de nata grasa en un vaso de leche. Si lo agitas, la grasa no se dispersa uniformemente: se acumula en grumos más densos que se mueven de manera distinta al resto del líquido. Algo parecido ocurre con los quarks dentro de los mesones, unas partículas diminutas que viven fracciones de segundo insignificantes.

Una bombilla que no se funde, sino que brilla cada vez más hasta destrozar la lámpara entera. Así mueren las estrellas más masivas del universo. Cuando el núcleo de una estrella se calienta a miles de millones de grados, comienzan a crearse pares de partículas: electrones y sus antipartículas, los positrones.

La materia ordinaria está formada por átomos, y los átomos por núcleos y electrones. Pero en una estrella de neutrones, la gravedad comprime la materia tan fuertemente que los electrones se incrustan en los protones, y casi todo se convierte en un denso empaquetamiento de neutrones.

Dentro de una estrella de neutrones, la densidad no cambia suavemente, sino que cae en picado con escalones bruscos: los escalones de densidad. En esos escalones, el vacío de repente produce pares: neutrinos y antineutrinos.

Las partículas pesadas que los físicos llaman bariones se parecen a pequeñas familias de tres quarks. Los bariones ordinarios son los protones y neutrones que componen todo lo que nos rodea. Pero también hay parientes exóticos: en lugar de quarks ligeros, albergan quarks encantados o quarks fondo, que son pesados y de vida efímera.

Si el núcleo de un átomo es una familia, en la casa del helio común viven dos protones y dos neutrones, bien agarrados de la mano. Ahora imagina que uno de los miembros de la familia es un excéntrico al que le encanta pasear lejos de casa.

En las colisiones de protones del Gran Colisionador de Hadrones, los físicos han atrapado por primera vez una partícula con dos quarks encantados. Se llama Ξcc+ (se pronuncia «ksi-ksi-más») y se parece a una cuenta que, en lugar de un núcleo pesado, tiene dos.

En el sistema binario Cygnus X-3, en nuestra Galaxia, un agujero negro y una estrella gigante giran tan cerca que la estrella pierde materia, arrastrada por un potente viento. De las cercanías del agujero negro surgen chorros; recientemente, un telescopio captó de ellos fotones que llevan cada uno la energía de un mosquito en vuelo.

Justo después del Big Bang el Universo era como una sopa burbujeante: del vacío emergían y se hundían pares de partículas y antipartículas. Pero la brusca expansión — época descrita por Alan Guth y Andrei Linde — selló esa olla con una tapa.

El protón no es una bolita compacta. Su carga, su masa y otras propiedades se distribuyen en el espacio de maneras distintas, y cada propiedad tiene su propio radio. Los físicos saben desde hace tiempo cómo medir dónde se concentra la carga del protón y dónde está su masa.

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.

En algún lugar sobre nuestras cabezas, cada segundo, un protón acelerado a energías millones de veces mayores que las del Gran Colisionador de Hadrones impacta contra la atmósfera. Golpea una molécula de aire y se genera una cascada: una extensa lluvia atmosférica de miles de partículas.

En la década de 2010, los físicos que trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones aprendieron a crear en el laboratorio una sustancia que no existe en el mundo ordinario.

El sistema de Saturno hace 300 millones de años parecía una pista de baile abarrotada. El satélite más masivo, Titán, comenzó a desplazarse, y ese movimiento desequilibró a sus vecinos. Una de las lunas se estrelló contra Titán; los escombros giraron como un torbellino, uniéndose para formar Hiperión.

En el centro de una estrella de neutrones, la materia está tan comprimida que los protones y los neutrones se transforman en partículas más pesadas: los hiperones. Estas partículas se parecen a los neutrones, pero contienen un quark extraño. Durante mucho tiempo, los físicos no podían entender cómo una estrella con hiperones en su interior podía ser tan pesada como muestran las observaciones.

Muchos átomos pueden actuar como una orquesta coordinada: si cada uno emite luz al unísono con los demás, el destello resulta muchas veces más brillante. Esto es la superradiancia, un fenómeno bien estudiado en laboratorios, pero casi no se había buscado en el espacio.

Dentro de una estrella de neutrones, la materia está tan comprimida que una cucharadita pesa como una montaña. A esa presión, las partículas ordinarias (protones y neutrones) pueden transformarse en partículas exóticas llamadas hiperones. Estas partículas se parecen a los neutrones, pero contienen quarks extraños.

Los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias surgieron tan rápido después del Big Bang que los astrónomos se devanan los sesos. La clave está en el temblor del invisible campo de axiones.