El universo puede contener objetos cósmicos hipotéticos extremadamente densos y exóticos conocidos como extrañas estrellas de quarks. Mientras los astrofísicos continúan debatiendo la existencia de las estrellas de quarks, un equipo de físicos descubrió que el remanente de una fusión de estrellas de neutrones observada en 2019 tiene la masa adecuada para ser una de estas extrañas estrellas de quarks.
Cuando las estrellas mueren (se abre en una pestaña nueva), sus núcleos se comprimen en grados tan increíbles que se convierten en tipos de objetos completamente nuevos. Por ejemplo, cuando el sol finalmente se apaga (se abre en una pestaña nueva)dejará atrás un enano blanco (se abre en una pestaña nueva), una bola del tamaño de un planeta de átomos de carbono y oxígeno altamente comprimidos. Cuando estrellas aún más grandes explotan en explosiones cataclísmicas llamadas supernovas (se abre en una pestaña nueva), dejan atrás estrellas de neutrones. Estos objetos increíblemente densos tienen solo unas pocas millas de diámetro, pero pueden pesar unas pocas veces la masa del sol. Como sugiere su nombre, están hechos casi en su totalidad de neutrones puros, lo que los convierte esencialmente en núcleos atómicos de kilómetros de ancho.
estrellas de neutrones (se abre en una pestaña nueva) son tan exóticos que los físicos aún no los comprenden por completo. Si bien podemos observar cómo las estrellas de neutrones interactúan con su entorno y hacer algunas buenas conjeturas sobre lo que está sucediendo con toda esa materia de neutrones cerca de la superficie, la composición de sus núcleos sigue siendo esquiva.
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El problema es que los neutrones no son partículas totalmente fundamentales. A pesar de que se agrupan con protones para formar núcleos atómicos, los propios neutrones están formados por partículas aún más pequeñas llamadas quarks.
Hay seis tipos o «sabores» de quarks: arriba, abajo, arriba, abajo, extraño y encantador. Un neutrón está compuesto por dos quarks down y un quark up. Si aplastas demasiados átomos, se convierten en una bola gigante de neutrones. Entonces, si aplastas demasiados neutrones, ¿revierten a una bola gigante de quarks?
Asuntos extraños
Las respuestas varían de «tal vez» a «es complicado». El problema es que a los quarks realmente no les gusta estar solos. los fuerza nuclear fuerte (se abre en una pestaña nueva), que une a los quarks en un núcleo, en realidad crece con la distancia. Si intenta juntar dos quarks, la fuerza que los atrae hacia atrás aumenta. Eventualmente, la energía de atracción entre ellos se vuelve tan grande que aparecen nuevas partículas en el vacío, incluidos nuevos quarks que están más que felices de unirse con los separados.
Si tuviera que crear un objeto macroscópico a partir de los quarks arriba o abajo que forman un neutrón, ese objeto explotaría muy rápido y con mucha violencia.
Pero podría haber un camino usando extraños quarks. Por sí mismos, los quarks extraños son bastante pesados, y cuando se dejan solos, se descomponen rápidamente en los quarks arriba y abajo más livianos. Sin embargo, cuando un gran número de quarks se agrupan, la física puede cambiar. Los físicos han descubierto que los quarks extraños pueden unirse con los quarks arriba y abajo para formar tripletes, conocidos como «extraños», que podrían ser estables, pero solo bajo presiones extremas. Como las presiones un paso por encima de una estrella de neutrones.
Colisiones cósmicas
Si comprimes demasiado una estrella de neutrones, todos los neutrones pierden su capacidad de soportar la estrella, y todo implosiona para formar una agujero negro (se abre en una pestaña nueva). Pero puede haber un paso apretado en el medio, donde las presiones son lo suficientemente altas como para disolver los neutrones y formar una extraña estrella de quark pero no lo suficientemente intensa como para gravedad (se abre en una pestaña nueva) para tomar el control completo.
Los astrónomos no esperan encontrar muchas estrellas extrañas en el universo; estos objetos tienen que ser más pesados que las estrellas de neutrones pero más ligeros que los agujeros negros, y no hay mucho margen de maniobra allí. Y debido a que no entendemos completamente la física de los extraños, ni siquiera conocemos las masas precisas donde podrían existir estrellas extrañas.
Pero recientemente, un equipo de astrónomos observó GW190425, un evento de onda gravitacional desencadenado por la fusión de dos estrellas de neutrones observado en 2019. Junto con enormes cantidades de ondas gravitacionales, la fusión de estrellas de neutrones produce una kilonova, una explosión que es más poderosa que una normal. nova pero más débil que una supernova. Aunque los astrónomos no pudieron capturar un electromagnético (se abre en una pestaña nueva) señal de este evento, vieron uno similar en 2017 que produjo ondas gravitacionales y radiación.
Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, hay algunas opciones disponibles según sus masas, sus giros y el ángulo de colisión. Según los cálculos teóricos, las estrellas de neutrones podrían destruirse entre sí, formar un agujero negro o formar una estrella de neutrones un poco más masiva.
Y según la nueva investigación, que fue publicado recientemente en la base de datos de preimpresión arXiv (se abre en una pestaña nueva)estas colisiones cósmicas pueden formar una extraña estrella de quarks.
El equipo calculó que la masa del objeto dejado por la fusión de 2019 estaba entre 3,11 y 3,54 masas solares (se abre en una pestaña nueva). Según nuestra mejor comprensión de la estructura de las estrellas de neutrones, eso es demasiado pesado y debería haber colapsado en un agujero negro. Pero también cae dentro del rango de masa permitido por los modelos de las estructuras de estas extrañas estrellas.
Todavía es demasiado pronto para decir si GW190425 es nuestra primera observación de una rara y extraña estrella de quark, pero las observaciones futuras (y más trabajo teórico) pueden ayudar a los astrónomos a precisar una de estas criaturas exóticas.
Publicado originalmente en Space.com.
