materia superdensa

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.

En una densa nube de gas y polvo donde nacen estrellas masivas, dos estrellas jóvenes pasaron hace poco muy cerca una de la otra. Su danza dura apenas unos sesenta años, y los astrónomos la han visto por primera vez en detalle.

En las profundidades de una estrella de neutrones, donde la materia está comprimida hasta la densidad del núcleo atómico, los neutrones forman un líquido superfluido y los protones un superconductor. Un vórtice de neutrones es un vórtice cuantizado en el líquido superfluido, similar a un mini remolino que no puede detenerse.

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.

Un «calibrador» cósmico pronto medirá una estrella de neutrones con una precisión de cien metros. Para un objeto de un par de decenas de kilómetros de diámetro, es como medir el grosor de un cabello humano desde un kilómetro de distancia. Una estrella de neutrones es el remanente de una supernova que explotó.

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.

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 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 2017, los detectores LIGO y Virgo registraron un temblor del espacio-tiempo provocado por la colisión de dos estrellas de neutrones — el evento GW170817. Tras el primer estallido llegó una resonancia posterior: oscilaciones de kilohercios del recién nacido remanente superdenso.

En el centro de cada átomo hay un núcleo: una densa esfera de protones y neutrones. Estas partículas no se amontonan al azar, sino que llenan niveles de energía estrictos, como pisos en un rascacielos. Cuando un piso está completamente ocupado, el núcleo se vuelve especialmente estable: los físicos lo llaman número mágico. El más pesado de estos números en núcleos estables es 126 neutrones.

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.

Dos esferas ultradensas, cada una del tamaño de una ciudad, giran en una danza. Su masa es menor que la solar, pero en su interior hay materia comprimida hasta límites inimaginables. Una esfera es una estrella de neutrones; la otra, una estrella extraña, compuesta enteramente de quarks (las partículas elementales que forman protones y neutrones).

Cuando una estrella masiva muere, su núcleo se contrae y se produce la explosión de una supernova. El cataclismo genera torrentes de partículas, como las ondas al lanzar una piedra. Primero llegan los neutrinos veloces, que atraviesan la Tierra casi sin interactuar. Luego, con horas de retraso, aparecen las partículas fantasma de carga minúscula.

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.

Las estrellas de neutrones son «copos de nieve» cósmicos de una densidad inimaginable: una cucharada de su materia pesaría más que el monte Everest. Era un misterio qué había en sus profundidades: materia neutrónica ordinaria (un núcleo atómico gigante) o materia exótica de quarks, donde las partículas no están confinadas en neutrones.

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—.

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.

El telescopio espacial James Webb se asomó a la época en que el universo tenía menos de mil millones de años y descubrió allí cientos de objetos extraños. Diminutos pero deslumbrantemente brillantes, resplandecían con un rojo profundo, como brasas incandescentes esparcidas sobre el terciopelo negro del cosmos.

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".

En 2017, los detectores captaron un temblor del espacio: ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Los telescopios encontraron de inmediato un destello de luz: una explosión cósmica que los astrónomos llamaron kilonova. En ese caldero de fuego, según se descubrió, nacen los elementos más pesados de la tabla periódica: oro, platino, uranio.

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.

Una sala abarrotada donde los bailarines se deslizan sin la menor fricción, atravesándose unos a otros sin tocarse. Eso es un líquido superfluido. En la corteza de una estrella de neutrones, los neutrones podrían comportarse así, pero una rígida red de iones se lo impide, como si de repente la pista de baile se llenara de postes muy juntos.

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.

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.

Una supernova es la explosión final de una estrella masiva, que dispersa su materia a años luz a la redonda. Dentro de la envoltura en expansión queda una estrella de neutrones, y la propia envoltura sigue viajando a través del gas interestelar durante miles de años.

Si aprietas un puñado de arena en la mano, primero se compacta, pero luego comienza a resistirse: los granos ya no tienen dónde ir. En el interior de una estrella de neutrones ocurre algo parecido, solo que en lugar de granos de arena hay partículas elementales, y en lugar de la mano, una gravedad monstruosa.

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.

La corteza de una estrella de neutrones no es una simple capa sólida. Bajo un peso de miles de millones de toneladas por cada centímetro cuadrado, los átomos pierden electrones y los núcleos restantes se ordenan en una rígida red cristalina que recuerda a un panal, pero de materia un billón de veces más densa que el acero.

El láser golpea un blanco de alambres delgados y, en decenas de femtosegundos (milmillonésimas de milmillonésima de segundo), arranca de ellos un flujo de protones. Estos protones entran en un convertidor de litio y deuterio, donde nacen los 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.

Una estrella de neutrones es un trompo con la masa del Sol, comprimido al tamaño de una ciudad. Nace en el fuego de una supernova y normalmente solo frena su rotación. Pero a veces, sin razón aparente, de repente acelera: ese tirón se llama glitch.

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.

Dentro de los superconductores de cobre —materiales que conducen la corriente sin pérdidas a temperaturas sorprendentemente altas— hay una fase oculta. Se comporta como un metal ordinario, pero no es visible en las mediciones estándar.

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.

La densidad en el centro de una estrella de neutrones es tal que una cucharadita de su materia pesaría como una montaña. Los físicos llevan mucho tiempo intentando entender cuán masiva puede ser una estrella así antes de colapsar en un agujero negro.

Cuando una estrella masiva muere y colapsa en una supernova, nace una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad pero con la masa del Sol. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesa más que el Monte Everest.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, su núcleo colapsa y la onda de choque se precipita hacia afuera. Pero incluso antes de que la estrella se desgarre, en su interior pueden nacer partículas que apenas interactúan con la materia ordinaria. Si se descomponen en luz, la energía se transfiere al denso gas que rodea a la estrella.