composición de estrellas de neutrones

Más allá de la órbita de Neptuno se extiende un océano de islotes helados que apenas ha cambiado en cuatro mil millones de años. Estos islotes, llamados objetos transneptunianos, guardan la receta del nacimiento de los planetas. Hasta hace poco, los astrónomos solo veían los más grandes; los pequeños, del tamaño de una ciudad, permanecían invisibles.

Una imagen de una galaxia lejana tomada desde la Tierra se asemeja a mirar a través de un vidrio esmerilado: la atmósfera desenfoca los detalles y la estructura interna permanece oculta.

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.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Una estrella de neutrones comprime la masa del Sol en una esfera del tamaño de una ciudad, y la materia de su núcleo es más densa que el núcleo atómico. Los físicos no pueden comprobar en el laboratorio cómo está hecha: no se puede generar la presión necesaria.

Una estrella de neutrones es el residuo ultradenso de una explosión de supernova: la masa del Sol empaquetada en una esfera del tamaño de una ciudad. Durante miles de millones de años vaga por el espacio, acumulando a su alrededor una sustancia invisible: la materia oscura, que no emite luz pero atrae gravitacionalmente.

En lo alto de las montañas, donde el aire es transparente y silencioso, los físicos se preparan para cazar a unos invitados escurridizos del cosmos: los neutrinos. Estas partículas, como fantasmas, atraviesan la Tierra sin apenas dejar rastro. Pero a veces un neutrino choca contra un átomo y genera una lluvia de partículas que puede verse.

Ciento cuarenta pársecs — la distancia que la luz recorre en cuatro siglos y medio — nos separan de la nube molecular de Tauro. En sus profundidades se ocultan oscuras condensaciones: núcleos preestelares, donde el gas y el polvo cósmico se contraen lentamente bajo su propio peso.

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.

El agua en un vaso parece continua, pero está formada por moléculas. De manera similar, durante mucho tiempo los físicos describieron la materia dentro de una estrella de neutrones como una sopa homogénea de protones y neutrones. Pero las estrellas de neutrones reales no son sopa. Son una multitud apretada de partículas donde cada neutrón siente a sus vecinos.

Una cucharadita colmada, y la báscula marca mil millones de toneladas. Eso pesaría aproximadamente la materia de una estrella de neutrones si pudiéramos sacarla y pesarla. Estos objetos nacen tras la explosión de una supernova: el núcleo de la estrella se comprime hasta formar una esfera del tamaño de una ciudad, y la densidad supera a la del núcleo atómico.

En el corazón de cada estrella de neutrones se esconde una sinfonía: una compleja interacción de campos cuánticos y gravedad relativista.

Una cucharadita de materia de una estrella de neutrones pesa como una montaña. Pero esta montaña podría tener un gemelo invisible. En el interior de una estrella de neutrones, la materia ordinaria está comprimida a densidades inimaginables. Allí, los protones y neutrones pueden disolverse en una sopa de quarks.

La atmósfera de Titán, descubierto por Christiaan Huygens, es opaca para los telescopios ordinarios. Pero el análisis espectral encuentra 'ventanas' de transparencia — regiones estrechas donde la neblina se abre.

Más allá de Neptuno, en el cinturón helado, los astrónomos observaron cómo el objeto (612533) 2002 XV93 ocultó por un instante una estrella distante.

El núcleo atómico se parece a una gota con una membrana delgada: la 'piel' de neutrones. Dentro de la gota, protones y neutrones están mezclados uniformemente, pero en el exterior, como la nata en la leche, se acumula una capa donde hay notablemente más neutrones.

La corteza exterior de una estrella de neutrones se parece a un pastel de capas, donde cada capa es un tipo de relleno estrictamente definido. Es una red cristalina de núcleos atómicos sumergida en un mar de electrones. Cuanto más profundo, mayor es la presión, y más pesados son los núcleos que pueden existir allí sin desmoronarse.

En la cocina hay un cubo con agua y otro igual con arena. Vertemos la arena en el agua y obtenemos una mezcla donde hay exactamente cinco veces más arena que agua. Así está organizado nuestro universo: hay una parte de materia ordinaria, de la que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos, y cinco partes de la esquiva materia oscura.

Una estrella de neutrones es el resto de una estrella que explotó, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. En su superficie a veces estalla un incendio termonuclear: el gas acumulado explota como una bomba de hidrógeno gigante. Tras la llamarada queda ceniza: una mezcla de elementos pesados que asciende a la superficie y forma una atmósfera caliente.

Una olla en la que hierve una sopa de tres ingredientes. El cocinero cambia las proporciones sobre la marcha y se sigue la pista mediante la posición de un punto en una escala triangular. Así, más o menos, es como los físicos analizan los neutrinos procedentes de una explosión de supernova.

Las estrellas calientes masivas son las cocinas del universo, donde se preparan los elementos pesados. Terminan su vida con explosiones de supernovas. Para entender su receta, los astrónomos usan espectroscopía: el análisis de la banda de arcoíris de luz al pasar por un prisma. Antes, descifrar ese “menú” tomaba horas.

El Universo es una telaraña gigantesca de materia oscura invisible y galaxias, estirada por la expansión del espacio. Los neutrinos — partículas fantasmales casi imperceptibles — apenas se adhieren a los hilos, pero su masa total cambia sutilmente la tensión de toda la red.

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.

Si construyes una manta gigante alrededor de una estrella, obtienes una esfera de Dyson. Absorbe toda la radiación y comienza a brillar en rayos térmicos invisibles. Hasta ahora, nadie ha visto una esfera así, pero los astrónomos saben que hay que buscarla por este resplandor térmico.

El nitruro de boro hexagonal es un cristal delgado, pariente del grafito, pero transparente y dieléctrico. En su red cristalina a veces aparecen defectos puntuales: falta un átomo de boro o de nitrógeno, y en su lugar se forma una trampa para electrones. Esa trampa puede absorber luz y reemitirla, como una diminuta linterna.

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.

En el sistema binario Cyg X-2, la estrella de neutrones atrae materia de una estrella compañera normal. El gas que cae se arremolina, se calienta a millones de grados y brilla intensamente en rayos X. Los astrónomos apuntaron dos telescopios espaciales, IXPE y NuSTAR, a este objeto y por primera vez midieron en detalle cómo está polarizada esa luz.

La luz de una fuente lejana, al pasar cerca de una estrella de neutrones, se curva como el haz de una linterna en un espejo deformante. Los astrofísicos realizaron un experimento numérico: lanzaron rayos hacia atrás, desde el observador hasta la estrella, y observaron qué imagen vería un telescopio.

En el centro de nuestra Galaxia hay un denso bosque de polvo y gas. La luz de las estrellas apenas logra abrirse paso a través de esta espesura, como una linterna en la niebla. Pero es precisamente allí, en esa nube densa, donde nacen nuevas estrellas. Los científicos decidieron asomarse a esa niebla. Tomaron la luz de 15 estrellas brillantes que atraviesan las nubes frías.

Una estrella a 300 años luz baila con una pareja invisible. Un lado de la estrella se calienta más que el otro, como si el bailarín invisible le soplara un viento caliente. Esta pareja es una estrella de neutrones: un rescoldo del tamaño de una ciudad, tan denso que una cucharadita de su materia pesa más que el Monte Everest.

Los cuerpos supermasivos curvan el espacio, convirtiéndose en una lente que refracta la luz de objetos lejanos. Esta curvatura del espacio permite a los astrónomos observar lo invisible. Recientemente, este método ayudó a descubrir un bloque oculto con la masa de un millón de soles.

Con ayuda del telescopio espacial más potente James Webb, los astrónomos se asomaron al camerino cósmico y vieron cómo cambian los anillos del asteroide Chariklo.

Los astrónomos no entendían por qué en el «desierto de los Neptunos calientes» —la región pegada a las estrellas— apenas hay planetas del tamaño de Neptuno. Se creía que allí estaban condenados: la cercanía a la estrella evapora la atmósfera y deja un núcleo rocoso desnudo.

En el centro del remanente de la supernova SN 1987A, a 168 000 años luz de la Tierra, se esconde un objeto que los astrónomos llevan 37 años buscando. Es la supernova más cercana que ha explotado ante los telescopios modernos y la única cuyo remanente compacto aún no se ha podido ver directamente.

Muy por encima de la Tierra vuela un satélite, y dentro de él hay un instrumento del tamaño de un armario pequeño. Atrapa partículas que han viajado durante miles de millones de años a través de la galaxia y finalmente chocan contra el detector. Estas partículas se llaman rayos cósmicos y traen noticias de lejanas explosiones estelares.