formación de binarias de estrellas de neutrones

Hace veinte mil años, la estrella que más tarde se convertiría en la supernova 1987A se puso un anillo. No uno, sino tres. Los dos exteriores, como pantallas de lámpara, se inclinaron respecto al ecuatorial, y la luz de la estrella, al atravesarlos, apenas llegaba a un observador situado en el plano del anillo ecuatorial.

Imagina dos peonzas lanzadas sobre una mesa. Si giran en el mismo sentido, su rotación conjunta es grande; si giran en direcciones opuestas, la rotación total puede ser nula, aunque cada peonza por separado gire rápido. En una pareja de estrellas de neutrones que se aproximan antes de fusionarse, el papel de esas peonzas lo desempeñan sus rotaciones propias, los espines.

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.

El colapso del núcleo de una estrella se parece a la compresión de un muelle: la materia cae hacia dentro y en el centro nace una estrella de neutrones. Pero la caída nunca es perfectamente uniforme. En las capas exteriores hirvientes, los remolinos aleatorios transmiten rotación al gas que cae — y alrededor del objeto central se arremolina un disco.

3 milisegundos antes de la fusión. Un enorme agujero negro, girando a una velocidad frenética, atrae hacia sí una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad, pero con una masa de una vez y media la del Sol.

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.

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.

El enigma de la antimateria en el cosmos ha quitado el sueño a los astrofísicos: ¿de dónde vienen los positrones que se posan como copos de nieve en los detectores? La respuesta podría esconderse en el ubicuo fondo de rayos gamma. El Universo está empapado de luz difusa: el fondo fotónico cósmico (CPB).

Los detectores LIGO y Virgo captan las ondulaciones del espacio-tiempo, pero algunas señales obligan a reescribir los guiones de la muerte estelar.

Los detectores captan el «rizado» de las ondas gravitacionales producido por la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones, como un eco de la cocina donde se preparó el plato cósmico. Los astrónomos intentan reconstruir la receta: cómo dos estrellas masivas se convirtieron en una pareja exótica y colisionaron.

Dos estrellas de neutrones dan vueltas en una danza final. Si su giro coincide con el movimiento orbital, los compañeros se fusionan limpiamente, expulsando un chorro estrecho de materia incandescente. Pero si giran en direcciones opuestas, la danza se rompe, esparciendo un denso manto de escombros.

Dos estrellas agotadas del tamaño de la Tierra — pero cada una más pesada que el Sol — giran cada vez más cerca hasta que una choca contra la otra. El impacto desencadena una explosión termonuclear y nace una supernova de tipo Ia. Estos destellos sirven como faros cósmicos para medir distancias en el universo. Sin embargo, los detalles de su origen aún son motivo de debate.

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.

Una peonza gira a gran velocidad y, en lugar de un zumbido uniforme, emite un suave runrún porque está ligeramente abollada. Así funcionan más o menos las estrellas de neutrones: esferas del tamaño de una ciudad, comprimidas hasta tal densidad que una cucharadita de su materia pesa como una montaña.

En 2017, los detectores captaron un estremecimiento del espacio: las ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. En ese mismo instante, los telescopios vieron un destello. Así, por primera vez, un mismo evento habló en dos idiomas a la vez: el de la luz y el de la gravedad.

Cuando dos estrellas de neutrones chocan, se produce un destello que brilla como un millón de soles. En 2017, los astrónomos vieron por primera vez un destello así: el evento AT2017gfo. Ahora, los científicos han construido modelos computacionales para entender exactamente cómo surge esa luz.

Las estrellas Be son astros que giran rápido con un brillante disco de gas. Normalmente, una estrella compañera las hace girar: la materia que fluye de la vecina enrolla a la estrella como una bala en un cañón estriado. Pero también hay estrellas Be solitarias sin pareja, cuyo origen ha sido un misterio durante mucho tiempo.

Cada 15 horas, en una constelación situada a 57 años luz de nosotros, se produce un pequeño eclipse solar. Una diminuta enana blanca —una estrella del tamaño de la Tierra pero más pesada que el Sol— se sumerge tras el disco de la enana roja.

Una peonza que gira tan rápido que logra completar 220 vueltas en un solo segundo: eso es justo lo que ha capturado el radiotelescopio chino FAST. Se trata del púlsar PSR J1810-0623, una estrella de neutrones del tamaño de una ciudad pero con más masa que el Sol. Cada 4,55 milisegundos, su haz de radio barre la Tierra, como un faro en el océano cósmico.

El letrero de neón cósmico se encendió en una galaxia increíblemente lejana: casi toda su luz proviene del gas incandescente, y las estrellas se pierden en ese resplandor. «James Webb» registró que el gas —una mezcla de hidrógeno y helio— está tan caliente que brilla por sí mismo.

Las estrellas de neutrones dobles son pares de restos superdensos de estrellas masivas que explotaron. Giran una alrededor de la otra y se acercan gradualmente hasta fusionarse en un potente destello: una fuente de ondas gravitacionales. Pero, ¿dónde se forman exactamente estos pares?

El sistema binario SS433 es conocido porque el agujero negro que contiene desgarra materia de su estrella vecina. Parte del gas cae en el agujero, y otra parte es expulsada en dos chorros estrechos que giran como una peonza. Estos chorros se observan en radio y en rayos X.

En el denso núcleo del cúmulo globular NGC 6397, donde las estrellas se apretujan como pasajeros en hora punta, los astrónomos han observado una extraña pareja.

Los pares de estrellas de gran separación se parecen a dos bailarines que se toman de la mano pero están en extremos opuestos de la sala. Su vínculo es débil, y cualquier transeúnte puede separarlos. Los astrónomos encontraron 26 de estos pares y comprobaron cuán firmemente se mantienen unidos.

En lo profundo del espacio hay una nube de gas que parece un collar con cuentas brillantes. Es la nebulosa del Collar: los restos de una estrella que una vez se hinchó y engulló a su vecina. En el centro quedó un par: una pequeña estrella caliente y su compañera hinchada, rica en carbono.

Las estrellas masivas terminan su vida con una explosión grandiosa — una supernova. Sus núcleos se comprimen en una estrella de neutrones (una esfera superdensa donde una cucharadita de materia pesa mil millones de toneladas) o en un agujero negro.

En un cúmulo estelar, como en una pista de baile abarrotada, las estrellas masivas rara vez permanecen solas. La mayoría de las veces giran en parejas o tríos, y la distancia entre ellas puede ser menor que la de la Tierra al Sol. Pero, ¿cómo logran acercarse tanto? La simulación mostró: todo está en el disco de gas y polvo que envuelve a la pareja.

Dos estrellas giran en un baile apretado. Una es una estrella de neutrones, una esfera superdensa del tamaño de una ciudad pero con una masa de una vez y media la del Sol. La otra es una estrella normal que se hincha y transfiere su materia a su vecina. A veces esta transferencia es demasiado rápida y las estrellas quedan envueltas en una envoltura de gas común, como dos cucharas en una misma olla de sopa hirviendo.

Es como un puente al que le falta la parte central, y nadie espera coches al otro lado. Así veían los astrónomos los agujeros negros con masas entre 50 y 130 soles: las estrellas capaces de crearlos explotan como supernovas de inestabilidad de pares — el núcleo se calienta tanto que la luz crea partículas y antipartículas, la presión colapsa y la…