Un estudio reciente publicado en Nature Communications sugiere que las estrellas de neutrones más masivas pueden albergar núcleos compuestos por materia de quarks, desafiando así nuestra comprensión convencional de la composición de estos densos cuerpos celestes.
Las estrellas de neutrones, remanentes de estrellas grandes, surgen cuando el núcleo estelar busca evitar su colapso en un agujero negro. Tras agotar su combustible nuclear, estas estructuras dependen de la presión cuántica de los neutrones para contrarrestar la gravedad.
Tradicionalmente, se ha pensado que las estrellas de neutrones están repletas de neutrones al borde del colapso. No obstante, esta nueva investigación sugiere un panorama divergente.
La nueva ecuación
El estudio explora la hipótesis de que, en condiciones gravitacionales extremas dentro de las estrellas de neutrones, los neutrones podrían desintegrarse, dando paso a la fusión de sus quarks constituyentes (quarks up y down) en una especie de sopa de quarks. Este escenario plantea la posibilidad de un núcleo denso constituido por materia de quarks, donde estos últimos no se encuentran confinados dentro de protones y neutrones, sino que existen de manera independiente.
Realizar experimentos directos en estrellas de neutrones o recrear sus condiciones en laboratorio resulta imposible. Para descifrar su comportamiento, los científicos se apoyan en la ecuación de estado, específicamente en la ecuación de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV). Sin embargo, los cálculos asociados a la existencia de un núcleo de quarks en las estrellas de neutrones no son concluyentes debido a su complejidad.
Por ello, los científicos adoptaron un enfoque diferente. Utilizaron datos de observación sobre la masa y el tamaño de las estrellas de neutrones y aplicaron estadísticas bayesianas. Este método les permitió extrapolar escenarios probables basados en los patrones de observación disponibles.
Los resultados
El análisis sugiere que la presencia de un núcleo de quarks en las estrellas de neutrones podría aumentar ligeramente su densidad en comparación con aquellas desprovistas de esta característica. Dado que las estrellas de neutrones más pequeñas probablemente carecen de núcleos de quarks, mientras que las más masivas los poseen, se espera que el cambio en la relación masa-densidad sea evidente.
Los resultados apuntan a que las estrellas de neutrones con masas superiores a dos veces la masa solar tienen una probabilidad entre el 80% y el 90% de albergar núcleos de quarks. Este hallazgo plantea una interrogante crucial: ¿dónde se encuentra la transición entre las estrellas de neutrones convencionales y aquellas con núcleos de quarks?
Es importante tener en cuenta que el estudio se basa en una muestra limitada de datos. Actualmente, desconocemos la masa y el radio de la mayoría de las estrellas de neutrones, pero se espera que esta limitación se resuelva con el tiempo. Con la acumulación de más datos, se espera identificar el punto de transición crítico entre la materia de quarks y la materia de neutrones densos.
En resumen, la investigación ofrece pruebas convincentes de la exótica naturaleza de algunas estrellas de neutrones, planteando la posibilidad de que alberguen núcleos compuestos por materia de quarks liberada.
