Hasta ahora, poco se sabe sobre el interior de las estrellas de neutrones, esos cuerpos extremadamente compactos que pueden formarse después de la muerte de una estrella: la masa de nuestro Sol o incluso más se comprime en una esfera del diámetro de una gran ciudad. Desde su descubrimiento hace más de 60 años, los científicos han estado tratando de descifrar su estructura. El mayor desafío es simular las condiciones extremas dentro de las estrellas de neutrones, ya que son difíciles de recrear en la Tierra en un laboratorio. Así que hay muchos modelos en los que se describen diferentes propiedades, de densidad y temperatura, con la ayuda de las llamadas ecuaciones de estado. Estas ecuaciones intentan describir la estructura de las estrellas de neutrones desde la superficie estelar hasta el núcleo interno.
Los físicos de la Universidad Goethe de Frankfurt ahora han logrado agregar piezas más importantes al rompecabezas. El equipo dirigido por el profesor Luciano Rizzola en el Instituto de Física Teórica ha desarrollado más de un millón de ecuaciones de estado diferentes que cumplen con las limitaciones establecidas por los datos obtenidos de la física nuclear teórica por un lado, y a través de observaciones astronómicas por el otro. Al evaluar las ecuaciones de estado, el equipo hizo un descubrimiento sorprendente: las estrellas de neutrones «ligeras» (con masas inferiores a aproximadamente 1,7 masas solares) parecen tener un manto blando y un núcleo duro, mientras que las estrellas de neutrones «pesadas» (con masas superiores a 1,7 masas solares) solar) en cambio tiene un manto duro y un núcleo blando. «Este resultado es muy emocionante porque nos da una medida directa de cuán comprimido está el centro de las estrellas de neutrones”, dice el profesor Luciano Rizzola. Considerar estrellas pesadas es como esos chocolates donde la capa dura contiene un relleno blando».
El factor crítico en esta visión fue la velocidad del sonido, un enfoque de un estudio realizado por el estudiante universitario Sinan Altiparmak. Esta medida de cantidad describe qué tan rápido se propagan las ondas sonoras dentro de un objeto y depende de qué tan duro o suelto sea el material. Aquí en la Tierra, la velocidad del sonido se utiliza para explorar el interior del planeta y descubrir depósitos de petróleo.
Al modelar las ecuaciones de estado, los físicos también han podido revelar otras propiedades de las estrellas de neutrones que no habían sido explicadas previamente. Por ejemplo, independientemente de su masa, es muy probable que su radio sea de solo 12 km. Por lo tanto, su diámetro es tan grande como la ciudad de Frankfurt, el lugar de nacimiento de la Universidad de Goethe. El autor, el Dr. Christian Ecker, explica: “Nuestro extenso estudio numérico no solo nos permite hacer predicciones de los radios y masas máximos de las estrellas de neutrones, sino también establecer nuevos límites en su deformación en sistemas binarios, es decir, qué tan fuerte es cada uno de ellos. deformarán el otro a través de sus campos gravitatorios. Estos conocimientos son especialmente importantes para determinar la ecuación de estado desconocida con futuras observaciones astronómicas y detecciones de ondas gravitacionales de estrellas fusionadas».
Entonces, aunque la estructura y composición exactas de la materia dentro de las estrellas de neutrones sigue siendo un misterio, esperar hasta que se descubra ciertamente se puede endulzar con un chocolate o dos.
Publicaciones:
Sinan Altıbarmak, Christian Eker, Luciano Rizzola: Sobre la velocidad del sonido en las estrellas de neutrones. Cartas de revistas astrofísicas (2022) https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac9b2aChristian Ecker y Luciano Rezzolla: Una descripción general, independiente de la escala, de la velocidad del sonido en las estrellas de neutrones. Cartas de revistas astrofísicas (2022) https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac8674
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Leyenda: Un estudio de la velocidad del sonido reveló que las estrellas de neutrones pesadas tienen un manto duro y un núcleo blando, mientras que las estrellas de neutrones ligeras tienen un manto blando y un núcleo duro, al igual que varios dulces de chocolate (Foto: P. Kiefer/L. Rezolla)
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Dr. Christian Ecker
Instituto de Física Teórica
Universidad Goethe
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