límite de masa de estrellas de neutrones

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.

Es como un récord en una carrera de velocidad: para batirlo necesitas una carrera perfecta. Pero los púlsares sub-milisegundo púlsares tienen una carrera demasiado corta. El púlsar más rápido conocido, PSR J1748-2446ad, da 716 vueltas por segundo, más rápido que una batidora de cocina.

El escultor modela montañas con campos magnéticos y calor, pero la piedra se resiste. Una estrella de neutrones —remanente ultradenso de una explosión de supernova— en un sistema binario transfiere materia desde su estrella compañera.

Las baterías atómicas que funcionan con la desintegración del plutonio llevan más de sesenta años alimentando marcapasos y sondas espaciales. Pero hay poco material para ellas: en todo el mundo solo se producen unos pocos kilogramos de plutonio-238 al año, y apenas alcanza para las misiones más importantes.

Una hoguera que no se apaga de inmediato, sino que arde en brasas durante horas porque la leña aún guarda el calor de la llama pasada. Así funciona aproximadamente el efecto memoria en los agujeros negros. Normalmente, un agujero negro diminuto, con una masa comparable a la de una montaña, debería evaporarse en fracciones de segundo, esparciendo partículas como chispas.

La fusión de dos estrellas de neutrones no es solo una colisión. Antes de tocarse, se deforman mutuamente por fuerzas de marea, y esa deformación depende de si la materia interior es 'blanda' o 'rígida'. La materia rígida opone más resistencia; la blanda cambia de forma con más facilidad.

Las estrellas más masivas son como globos demasiado inflados: su envoltura ya no se estira, sino que empieza a expulsar materia rápidamente. En cierta etapa, la pérdida de masa se vuelve tan intensa que la estrella deja de aumentar de tamaño. Los astrónomos observan este momento como una inflexión en un diagrama donde las estrellas se ordenan por luminosidad y temperatura.

La explosión de una supernova desprende las capas externas de la estrella moribunda. Queda el núcleo: una estrella de neutrones, compactada en una esfera del tamaño de una ciudad. La existencia de estas estrellas fue predicha ya en 1934 por Fritz Zwicky.

A los tres minutos del Big Bang, el universo tocaba su primera sinfonía. Era la Big Bang nucleosíntesis — la formación de núcleos ligeros, donde cada elemento sonaba con su nota, y el ritmo lo marcaba la expansión del espacio.

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⊙.

El Universo se enfriaba como una bañera gigante después de un comienzo caliente. Unos 400 000 años después del Big Bang, el hidrógeno ya estaba listo para recombinarse — los protones atrapaban electrones para formar átomos neutros. Pero en algún lugar de esa agua oscura seguía goteando un grifo.

Trece mil millones de años la luz viajó a través del vacío cósmico. Eludió galaxia masivas que, como predijo Einstein, actuaban como lentes gigantes — amplificando y distorsionando el resplandor lejano. En 2023, el instrumento NIRSpec del James Webb capturó esa luz y la descompuso en espectros.

La materia oscura no se ve con telescopios, pero su gravedad fue revelada hace medio siglo por Vera Rubin.

La materia oscura sigue siendo el fondo de bajo inaudible de la sinfonía cósmica: no emite luz, pero su atracción gravitacional da forma a las galaxias. Vera Rubin fue la primera en detectar este ritmo en los años 70, al observar la rotación de las estrellas.

En 2021, el observatorio LHAASO registró fotones gamma con energías superiores al petaelectronvoltio procedentes de fuentes como la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una explosión de supernova en cuyo centro late una estrella de neutrones.

La cosmología se parece a una orquesta en la que los distintos grupos de instrumentos de repente empezaron a tocar descoordinados. Las mediciones de la velocidad de expansión del universo (la constante de Hubble) basadas en el universo temprano y en el tardío arrojan números diferentes.

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.

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.

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 cúmulo globular Terzan 5 se esconde el sistema binario IGR J17480-2446. Uno de sus miembros es una estrella de neutrones que se comporta de manera extraña. Gira a solo 11 hercios (11 revoluciones por segundo) y tras un estallido se enfría sospechosamente lento.

En el interior de una estrella de neutrones, el remanente de una estrella que explotó, la materia está tan comprimida que una cucharadita pesa miles de millones de toneladas. Entre esta materia superdensa, quizás actúe un tipo especial de fuerza, una que solo afecta a los neutrinos muónicos y tauónicos.

El Sol es un reactor nuclear gigante que nos envía luz y calor sin cesar. Pero también tiene otro correo, casi silencioso: cada segundo, decenas de miles de millones de neutrinos —partículas fantasma nacidas en el horno termonuclear— atraviesan un centímetro cuadrado de tu palma. La mayoría no deja ni rastro.

Un planeta bebé gigante sigue atrayendo hacia sí los restos del material de construcción de la nube que lo rodea. Esa es la imagen que ha capturado el telescopio espacial Hubble al apuntar sus cámaras al objeto con nombre de catálogo SR 12 c.

El núcleo atómico rara vez es una esfera perfecta. Más a menudo se parece a un balón ligeramente abollado: la carga eléctrica en su interior se distribuye de manera desigual, y los protones pueden desplazarse un poco, creando una diminuta protuberancia «en forma de pera».

El Universo está lleno de lo invisible. Sabemos de la materia oscura por la rotación de las galaxias y las lentes gravitacionales, pero su naturaleza se nos escapa desde hace un siglo.

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.

En algún lugar del bulbo galáctico duerme una estrella masiva, lista para cambiar su apacible combustión por un colapso. Su núcleo agotará el combustible y, en una fracción de segundo, nacerá una estrella de neutrones o un agujero negro, expulsando 10⁵⁸ neutrinos —casi toda la energía de la explosión—.

Los agujeros negros cósmicos en los centros de las galaxias son como enormes banianos: sus raíces aéreas en forma de filamentos se extienden por kiloparsecs para obtener materia nutritiva.

Un bloque de materia oscura a la deriva en el vacío: invisible, casi intangible. Nadie sabe de qué está hecho, pero un nuevo trabajo propone verlo como una gota de líquido cuántico.

En lo profundo de la tierra, en Japón, se encuentra un enorme depósito de agua ultrapura. Espera a unos visitantes muy especiales: neutrinos que llegan de explosiones de estrellas lejanas. Estos visitantes son extremadamente raros: a lo largo de los años de observación, el detector Super-Kamiokande registra solo unos pocos eventos.

Una estrella de neutrones es una ciudad del tamaño de Manhattan comprimida hasta tal densidad que una cucharadita de su materia pesa como el monte Everest. Para entender de qué está hecha por dentro, los científicos miden su radio. Pero hay un problema: muchas mediciones adolecen de errores sistemáticos, como si intentaras medir la altura de una persona que no deja de moverse e inclinarse.

Un patinador sobre hielo pega los brazos al cuerpo y su giro se acelera de repente. Cuando una estrella masiva agota su combustible y su núcleo colapsa, ocurre algo parecido, pero a escala cósmica.

El universo está lleno de invisible materia oscura. Así como una gota de agua al evaporarse deja un cristalito de sal, un agujero negro puede evaporarse y dejar tras de sí un diminuto residuo estable. Esta idea fue desarrollada por Stephen Hawking y Jacob Bekenstein.

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.

Un terrón de azúcar pesa alrededor de un gramo. Pero un agujero negro capaz de esconderse en un terrón así pesaría como una pequeña montaña: miles de millones de toneladas. Pero incluso esos diminutos, nacidos en los primeros instantes después del Big Bang, en teoría se han desvanecido hace tiempo.

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.

Un enorme depósito de agua ultrapura está escondido en las profundidades de Japón. Sus paredes están cubiertas de miles de lámparas sensibles a la luz que captan débiles destellos: las huellas de partículas fantasma que atraviesan la columna de agua. Este detector, Super-Kamiokande, ha estado observando el cielo durante mucho tiempo en busca del eco de neutrinos de antiguas explosiones estelares.