Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/094/11
México, D.F., 28 de abril de 2011

• Buscar materia más exótica, que lleve al último estadio de la materia antes de que se colapse en un agujero negro, el siguiente paso de la investigación, dice científico Dany Page

Dany Page, investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias.
Foto: AMC
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Animado porque una predicción que hizo sobre la evolución de estrellas de neutrones necesitó apenas diez años para comprobarse, tiempo récord en términos de Universo, Dany Page, investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM, da un paso más en su investigación sobre objetos compactos y se lanza a la búsqueda de materiales más exóticos y extremos en estrellas más masivas.

“Es algo que nunca habíamos visto antes, conocemos decenas de esas estrellas de neutrones pero no cambiaban significativamente con el tiempo, tendríamos que esperar miles de años para ver alguna transformación u obtener una respuesta a una teoría”, dijo el investigador miembro de la Academia Mexicana de Ciencias sobre el estado de superfluidez en el núcleo de una estrella de neutrones que hizo que se enfriara.

“Teoricé con un modelo algo que podía pasar, pero nunca se nos ocurrió predecir que tal vez se podía observar”, dijo el científico que lidera el grupo integrado por Madappa Prakash, James Lattimer y Andrew Steiner.

Los resultados de esta investigación han sido promovidos por la NASA en las últimas semanas a través de YouTube, aunque el artículo sobre este superfluido en una estrella de neutrones en la constelación de Cassiopeia, que explica porqué se enfrió el 5% y redujo su brillo en un 20% en 10 años, un hecho extraño y espectacular, apareció publicado en la revista Physical Review Letters.

“Es la primera que vemos ocurrir algo en tiempo real y responde a un teoría que se predijo antes”, dijo el académico aún asombrado por el resultado, lo que consideró un regalo del Universo.

La explicación

En 1999, comentó el astrofísico, se descubrió, a través de rayos X del satélite Chandra, en el centro de la nebulosa de Cassiopeia A, o Cas A, un punto brillante que resultó ser una estrella de neutrones que se formó tras la explosión de una estrella masiva.

Cassiopeia es una constelación y Cassiopeia A una nebulosa, remanente de una supernova, en esta constelación. En esta supernova, una estrella muy masiva, con masa entre 15 o 20 veces la masa del Sol, explotó cuando su centro se colapsó.

Este evento ocurrió hace unos 330 años, y lo que quedó dentro en el remanente de la explosión es justamente este objeto luminoso de 20 kilómetros de diámetro, sumamente denso, añadió.

Esta estrella de neutrones, continuó el científico, está a 11 mil años luz (todo lo que pasa a esa distancia tarda 11 mil años para llegar a la Tierra), tiene una o dos veces la masa del Sol; es decir, es bastante masiva, pero apenas 20 kilómetros de diámetro, el tamaño de una ciudad, esto implica que tienen densidades enormes, de mil millones de toneladas por centímetro cúbico, “es como tomar todos los edificios de la Ciudad de México, comprimirlos a tal grado que quepan en una cucharita. Son densidades alucinantes”.

La más joven estrella de neutrones de nuestra galaxia

La importancia de esta estrella de neutrones radica en que es la más joven que se conoce en la Vía Láctea, “ha de haber unos cientos de millones de estas estrellas que nacieron de una explosión de supernova, de las cuales sólo hemos detectado un par de millares”.

El astrofísico teórico precisó que si se observa el brillo de la estrella se puede ver la energía que está perdiendo por lo que emite la superficie, sin embargo si se calcula cuánta energía debería perder para enfriarse tan rápido como se observa, diríamos que se requiere 10 mil veces más de lo que vemos, y esto ocurre porque existe un mecanismo que está extrayendo energía de la estrella diez mil veces más fuerte”.

Este mecanismo de enfriamiento es provocado por partículas llamadas neutrinos que salen del centro de la estrella. En el caso del Sol, se sabe que emite neutrinos y por ello pierde un 5% de su energía, el 95% restante es la luz que vemos; pero estas partículas son muy difíciles de detectar y no interactúan en nuestra vida.

“En lo que refiere a Cas A es imposible que algún día veamos unos de esos neutrinos, pero dado el enfriamiento de la estrella y por la energía que se requiere para que ocurra deducimos que son neutrinos, los cuales son producidos tan copiosamente debido a la formación de un superfluido”.

Y cómo se hizo el hallazgo

Hace un año dos investigadores, Craig Heinke y Wynn Ho, presentaron el análisis de cinco observaciones de Cas A que se habían hecho a lo largo de diez años a través del satélite Chandra, en las cuales compararon la temperatura de la estrella, y constataron su rápido enfriamiento.

“El realizar este análisis era algo bastante obvio, aunque técnicamente muy delicado, ¡pero a nadie se le había ocurrido!”, dijo Dany Page.

Han sido muchos años de teoría en los que ya habíamos descrito este mecanismo, pero nunca se nos ocurrió que se podía ver. “Ellos publicaron su artículo mostrando el enfriamiento en la estrella de neutrones. En un artículo que nosotros publicamos seis meses antes sostuvimos que eso podría ocurrir, que al momento en que se forma el superfluido de neutrones la estrella se enfría rápidamente. Cuando supe el resultado de esa observación pegué un brinco literalmente, porque no podía creer que se viera ese fenómeno”.

El resultado al que llegó el grupo liderado por Dany Page también lo alcanzó un equipo de investigadores encabezado por Peter Shternin del Instituto Ioffe en San Petersburgo.

Ambos grupos publicaron básicamente la misma información en el mismo tiempo, “pero nosotros mandamos el artículo a la revista Physical Review Letters dos días antes que ellos”, dijo entre risas el científico mexicano de origen suizo. La información de Shternin apareció en la revista Monthly Notices de la Real Sociedad Astronómica.

La importancia de esto, expresó Page, es que al hablar de densidades de miles de millones de toneladas por centímetro cúbico, indica también que hay una buena cantidad de modelos a estudiar que en muchos casos ni siquiera uno se imagina lo que pueda pasar con clara evidencia.

“La observación de esta estrella con un comportamiento tan espectacular en poco tiempo ha sido tan radical que por el momento sólo hay una sola interpretación razonable y es la que propusimos”.

Lo que sigue . . .

Dany Page dijo que el siguiente paso es buscar algo más extraño. “Pensamos que una de esas estrellas más masivas podría tener materia todavía más exótica en el centro, algo que puede ser materia de quarks (partículas que están dentro de los protones y neutrones, pero nunca se han visto directamente, y mucho menos materia hecha directamente de quarks), algo tan extremo que nos lleve al último estadio de la materia antes de que colapse en un agujero negro”.

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