materia oscura en estrellas de neutrones

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 el centro de una estrella moribunda, cuando su núcleo se comprime en una esfera de neutrones, nace una tormenta invisible. Billones de neutrinos —partículas que casi no interactúan con la materia— se agitan en el plasma ardiente.

En el final de la vida de una estrella masiva, su núcleo colapsa en fracciones de segundo, dando origen a un destello de supernova. Este cataclismo sacude el propio espacio-tiempo: emite ondas gravitacionales, ondas que atraviesan el Universo.

En el centro de muchas galaxias no solo se esconden agujeros negros supermasivos, sino también enormes nubes de materia invisible. Si esta materia está compuesta por partículas ultraligeras, puede agruparse en densos cúmulos, una especie de «estrellas» de materia oscura.

Una estrella de neutrones es una ciudad del tamaño de Manhattan que pesa como medio millón de Tierras. Una cucharadita de su materia pesaría más que el Everest. Y ahora, a esta esfera superdensa se le ha añadido algo invisible e inaprensible: partículas de materia oscura. Esto es exactamente lo que hicieron los físicos en una nueva investigación.

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.

Con apenas dos millones de años, alrededor de la joven estrella CI Tau, gira un disco de gas y polvo: la cuna protoplanetaria.

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.

Antes se consideraba a Urano y Neptuno como gigantes de hielo debido a las supuestas capas de agua, metano y amoniaco congelados. Nuevos cálculos pintan un panorama diferente: en sus profundidades se esconde un océano de magma caliente que, bajo una presión enorme, ha absorbido una cantidad colosal de hidrógeno.

La historia comenzó con un desconcierto: en los años 30, Fritz Zwicky notó que los cúmulos de galaxias se comportaban como si ocultaran una enorme masa invisible.

Una estrella de neutrones es el remanente superdenso de una explosión de supernova, donde una cucharadita de materia pesa mil millones de toneladas. Muchas de ellas, como descubrió en 1967 Jocelyn Bell Burnell, se convierten en púlsares — faros cósmicos que emiten pulsos regulares en el rango de radio.

Lanza una piedra a un estanque y verás ondas. Algo similar ocurre dentro de los cúmulos compactos de materia oscura cuando se encuentran en un medio especial: el campo escalar. Este campo, que lo impregna todo, puede amplificarse espontáneamente en el interior de estos objetos, como si las ondas en el agua se hicieran cada vez más altas y visibles.

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.

Un intérprete en una negociación importante cambia de idioma de repente, y el sentido de lo dicho se transforma por completo. Algo así hacen los neutrinos en las entrañas de una estrella moribunda. Estas partículas invisibles nacen en cantidades enormes cuando el núcleo estelar se comprime hasta quedar del tamaño de una ciudad.

Un intérprete que, a mitad de camino por la sala, de repente empieza a transmitir el mensaje al revés. Algo así podría hacer un neutrino —esa partícula fantasma que apenas interactúa con la materia— si en su camino se encuentra con una nube de materia oscura ultraligera.

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

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.

La materia oscura es invisible, pero se puede atrapar en el rebote. El hidrógeno incrustado en una película de carbono actúa como una bola de billar: cuando una partícula de materia oscura lo golpea, el protón sale disparado. Esa salida es la señal que se busca.

La estrella de neutrones es el remanente comprimido de una estrella masiva: su materia está tan densa que una montaña del tamaño de un dedal tendría una densidad colosal.

Un electrón sale del núcleo de tritio con una energía de 18,57 keV, dejando tras de sí un compañero invisible: el neutrino. Si ese neutrino tiene acceso a una quinta dimensión, su masa se descompone en toda una torre de estados, y cada uno de ellos arranca un pedazo del espectro.

Las ondas gravitacionales de la fusión de una estrella de neutrones con un agujero negro llevan la huella de la dinámica más compleja del espacio-tiempo. Para descifrar esa huella, los físicos calculan amplitudes de dispersión: las probabilidades cuánticas de que dos cuerpos se separen con un cierto ángulo.