Este púlsar “Viuda Negra” es la estrella de neutrones más masiva jamás vista

Astronomía

Una de las estrellas más extremas de la Vía Láctea se volvió aún más loca. Los científicos midieron la masa de una estrella de neutrones llamada PSR J0952-0607 y descubrieron que es la estrella de neutrones más masiva descubierta hasta el momento, registrando 2,35 veces la masa del Sol. De ser cierto, esto está muy cerca del límite de masa superior teórico de alrededor de 2,3 masas solares para las estrellas de neutrones, lo que representa un excelente laboratorio para estudiar estas estrellas ultradensas en lo que creemos que está al borde del colapso, con la esperanza de comprender mejor la extraño estado cuántico de la materia de la que están hechos.

“Sabemos aproximadamente cómo se comporta la materia en densidades nucleares, como en el núcleo de un átomo de uranio”, dijo el astrofísico Alex Filippenko de la Universidad de California, Berkeley.

“Una estrella de neutrones es como un núcleo gigante, pero cuando tienes una masa solar y media de estas cosas, que son alrededor de 500.000 masas terrestres de núcleos unidos entre sí, no está del todo claro cómo se comportarán”.

Las estrellas de neutrones son los núcleos colapsados ​​de estrellas masivas que tenían entre 8 y 30 veces la masa del Sol, antes de convertirse en supernova y expulsar la mayor parte de su masa al espacio. Estos núcleos, que tienden a tener alrededor de 1,5 veces la masa del Sol, se encuentran entre los objetos más densos del Universo; lo único más denso es un agujero negro.

Su masa está empaquetada en una esfera de unos 20 kilómetros de diámetro. A esa densidad, los protones y los electrones pueden combinarse en neutrones. Lo único que evita que esta bola de neutrones colapse en un agujero negro es la fuerza que necesitarían para ocupar los mismos estados cuánticos, lo que se describe como presión de degeneración.

En cierto modo, esto significa que las estrellas de neutrones se comportan como núcleos atómicos masivos. Pero lo que sucede en este punto de inflexión, donde los neutrones forman estructuras exóticas o se mezclan en una sopa de partículas más pequeñas, es difícil de decir.

PSR J0952-0607 ya era una de las estrellas de neutrones más interesantes de la Vía Láctea. Es lo que se conoce como púlsar, una estrella de neutrones que gira muy rápido, con chorros de radiación emitidos desde los polos. A medida que la estrella gira, estos polos pasan por delante del observador (nosotros) a la manera de un faro cósmico, de modo que la estrella parece pulsar.

Estas estrellas pueden ser increíblemente rápidas, su velocidad de rotación en escalas de milisegundos. PSR J0952-0607 es el segundo púlsar más rápido de la Vía Láctea, con una rotación alucinante de 707 veces por segundo. El más rápido es solo un poco más rápido, con una velocidad de rotación de 716 veces por segundo.

También es lo que se conoce como púlsar de “viuda negra”. La estrella está en una órbita cercana con una compañera binaria, tan cerca que su inmenso campo gravitatorio atrae material de la estrella compañera. Este material forma un disco de acreción que gira y alimenta la estrella de neutrones, un poco como el agua girando alrededor de un desagüe. El momento angular del disco de acreción se transfiere a la estrella, lo que hace que aumente su velocidad de giro.

Un equipo dirigido por el astrofísico Roger Romani de la Universidad de Stanford quería comprender mejor cómo encaja PSR J0952-0607 en la línea de tiempo de este proceso. La estrella compañera binaria es pequeña, menos del 10% de la masa del Sol. El equipo de investigación realizó estudios cuidadosos del sistema y su órbita y utilizó esa información para obtener una nueva medida precisa del púlsar.

Sus cálculos arrojaron un resultado de 2,35 veces la masa del Sol, más o menos 0,17 masas solares. Suponiendo que una estrella de neutrones estándar comience con una masa de alrededor de 1,4 veces la masa del Sol, eso significa que PSR J0952-0607 ha absorbido la materia de un Sol completo de su compañero binario. Esto, dice el equipo, es información realmente importante sobre las estrellas de neutrones.

“Esto proporciona algunas de las restricciones más fuertes sobre la propiedad de la materia en varias veces la densidad observada en los núcleos atómicos. De hecho, este resultado excluye muchos modelos populares de física de la materia densa”, explicó Romani.

“Una masa máxima alta para las estrellas de neutrones sugiere que es una mezcla de núcleos y sus quarks arriba y abajo disueltos hasta el núcleo. Esto excluye muchos estados propuestos de la materia, especialmente aquellos con una composición interior exótica”.

La binaria también muestra un mecanismo por el cual los púlsares aislados, sin compañeros binarios, pueden tener velocidades de rotación de milisegundos. El compañero de J0952-0607 casi se ha ido. Una vez que se haya devorado por completo, el púlsar (si no se inclina por encima del límite de masa superior y colapsa más en un agujero negro) conservará su velocidad de rotación increíblemente rápida durante bastante tiempo. Y estará solo, como todos los demás púlsares de milisegundos aislados. Y estará solo, como todos los demás púlsares de milisegundos aislados.

“A medida que la estrella compañera evoluciona y comienza a convertirse en una gigante roja, el material se derrama sobre la estrella de neutrones y eso la hace girar. Al girar, ahora se vuelve increíblemente energizada y un viento de partículas comienza a salir de la estrella de neutrones. Ese viento luego golpea la estrella donante y comienza a desprender material, y con el tiempo, la masa de la estrella donante disminuye a la de un planeta, y si pasa más tiempo, desaparece por completo”, dijo Filippenko.

“Entonces, así es como se podrían formar los púlsares de milisegundos solitarios. Para empezar, no estaban solos, tenían que estar en un par binario, pero gradualmente evaporaron a sus compañeros, y ahora son solitarios”.

La investigación ha sido publicada en The Astrophysical Journal Letters.

Fuente: Science Alert.

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