Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/268/13
México, D.F., 27 de julio de 2013

• Hace un par de años se comprobó que su interior está compuesto por un superfluido, un estado de la materia que no presenta viscosidad ni fricción

El doctor Dany Pierre Page Rollinet, investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM y miembro de la Academia mexicana de Ciencias.
Foto: UNAM.
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El núcleo de una estrella de neutrones contiene el estado de la materia más denso en el Universo que, hasta la fecha, podemos observar y estudiar directamente. Según la teoría, dentro de un agujero negro la materia es todavía más densa, pero en ese tipo de cuerpos celestes no es posible hacer observaciones, explicó el astrofísico Dany Page.

“Si tomáramos a los edificios de la ciudad de México junto con los de Cuernavaca, Toluca y Puebla y los compactáramos hasta que tuvieran la densidad de una estrella de neutrones, estos cabrían en tan solo una cuchara”, dijo el miembro de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC).

Todos los objetos del Universo están hechos de átomos. Cada uno de estos “ladrillos” fundamentales de la materia tiene un núcleo, formado a su vez por neutrones y protones, y electrones que se mueven a su alrededor. Casi toda la masa de un átomo está en su núcleo, sin embargo, éste es sumamente pequeño con respecto al tamaño del átomo. Si los comparáramos, abundó, el núcleo atómico sería apenas un pequeño insecto dentro de una catedral y todo el espacio restante lo ocuparían los diminutos y livianos electrones, describió el investigador del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México.

“Prácticamente, la materia de la cual estamos hechos es vacío. En cambio, en una estrella de neutrones, todo el vacío que tiene la materia ha sido comprimido por una altísima gravedad”, explicó, la cual, de acuerdo con la teoría, provocaría que los protones y electrones de los átomos se combinaran, dando lugar a otras partículas, principalmente neutrones.

Un Universo en constante recreación

Dany Page explicó que las estrellas fabrican materia a lo largo de su vida; cuando son “jóvenes” fusionan núcleos de átomos de elementos como hidrógeno y helio y forman nuevos elementos químicos ligeros. Conforme pasa el tiempo, dichos elementos se combinan a su vez y dan lugar a otros elementos más masivos; los cuales progresivamente se acumulan en el interior de la estrella y la calientan.

Las reacciones nucleares se detienen al formar hierro, lo cual marca las últimas etapas de vida de la estrella. No obstante, solo las estrellas masivas llegan a este punto pues las de menor tamaño, como nuestro Sol, se detienen en etapas previas y siguen caminos distintos, puntualizó.

“Cuando la estrella masiva llega deja de producir nuevos elementos, la gravedad que genera toda su materia es tan alta, que su núcleo no resiste más su propio peso y colapsa”. Mientras, las partes de la estrella son expulsadas al exterior en una gran explosión conocida como súper nova.

“La mayor parte de la estrella masiva vuela en pedazos, salvo el centro que queda como remanente”. De estas ‘cenizas’ nace la estrella de neutrones.

“Creemos que esas estrellas tienen un diámetro de 20 a 25 kilómetros y como cualquier estrella tiene una atmósfera, luego varias capas que forman la corteza y finalmente el núcleo”. No obstante, agregó Page, el núcleo de las estrellas de neutrones es diferente pues además de ser enorme está compuesto por un superfluido, un estado de la materia que se caracteriza por no tener viscosidad ni fricción, donde están inmersos los neutrones, protones y electrones.

Nuevos hallazgos

De acuerdo con las teorías existentes, a partir de su nacimiento, las estrellas de neutrones se enfrían por emisión de neutrinos, explicó el especialista. La tasa de emisión de neutrinos es muy sensible a la composición de la materia a altas densidades, como la del superfluido; cualquier cambio a la composición relativa de neutrones a protones resulta en emisiones de neutrinos altísimas y en un enfriamiento muy rápido, abundó el investigador en la plática “Pulsares y estrellas de neutrones” de Domingos en la Ciencia.

En el año 2011, Dany Page y sus colegas, por un lado, y un grupo de científicos rusos, por otro, comprobaron que el material en el interior de una estrella de neutrones es efectivamente un superfluido. Su objeto de estudio fue la estrella de neutrones Cas A, la más joven conocida hasta ahora y el remanente de una supernova en la constelación Cassiopea, alejada 11 mil años luz de nuestro Sistema Solar.

Luego de diez años de estudio, el grupo de investigadores rusos encontró que Cas A había pasado por un periodo de rápido enfriamiento y de una reducción en la intensidad de su brillo. Dany Page y sus colegas llegaron al mismo resultado de manera independiente. Ambos equipos mostraron que el rápido enfriamiento se debía a la formación de un superfluido en el centro de Cas A.

La superfluidez en los materiales sobre la Tierra ocurre solo a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, pero en una estrella de neutrones, este fenómeno puede ocurrir a densidades y temperaturas altísimas. “Además de ser, posiblemente, la primera evidencia directa de la existencia de superfluidez a densidades muy altas”, concluyó.

Alejandra Monsiváis Molina