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Recrean en la Tierra una estrella de neutrones

Los científicos han conseguido por primera vez recrear en la Tierra lo que ocurre en el interior de una estrella de neutrones: es como si hubieran obtenido en laboratorio un terrón de azúcar que pesa 100 millones de toneladas.

Un equipo internacional de científicos ha conseguido recrear en Tierra las condiciones cósmicas que se producen en el interior de una estrella de neutrones, abriendo nuevas vías a la exploración de las actuales fronteras del universo.

Las estrellas de neutrones son restos de estrellas que han tenido hasta ocho veces el tamaño de nuestro Sol antes de explotar como supernovas.

Las estrellas de neutrones son increíblemente densas: con un diámetro de 20 kilómetros pueden casi duplicar la masa de nuestro Sol, que tiene 333.000 veces la masa de la Tierra.

Eso significa que una pequeña parte de una estrella de neutrones de sólo 6 gramos, como un terrón de azúcar, puede pesar cien millones de toneladas en nuestro planeta.

El experimento que, metafóricamente, consiguió traer a nuestro planeta una estrella de neutrones, se desarrolló en el interior del acelerador de iones pesados ​​del Instituto de Ciencias Naturales de Japón RIKEN.

Sopa nuclear rica en neutrones

El experimento consistió en crear una sopa nuclear densa rica en neutrones que imitaba el entorno de las estrellas de neutrones.

El equipo, encabezado por los investigadores de la Universidad de Michigan, Betty Tsang y William Lynch, aceleró un rayo hecho de núcleos de estaño hasta alcanzar casi dos tercios la velocidad de la luz.

Luego aplastó los núcleos atómicos del estaño hasta romperlos durante un breve periodo de tiempo: una mil millonésima parte de una billonésima de segundo.

Durante ese brevísimo lapso, los restos de los núcleos atómicos del estaño forman una región superdensa a base de protones y neutrones de la que surgen piones, partículas raras sin las cuales la materia tal como la conocemos no existiría.

Esta fugaz creación de piones permitió a los investigadores detectarlos y explorar las estrellas de neutrones como si realmente estuvieran en el interior de una de ellas.

Este trabajo puede ayudar a los científicos a caracterizar mejor la presión interna que evita que las estrellas de neutrones colapsen bajo su propia gravedad y se conviertan en agujeros negros.

Los investigadores Betty Tsang (izquierda) y William Lynch (derecha). MSU.

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En teoría, ese trabajo solo se puede realizar en una estrella de neutrones, algo que de momento está fuera de nuestro alcance por las abrumadoras temperaturas y las aplastantes fuerzas gravitacionales que reinan en su interior.

Además, la estrella de neutrones más cercana a la Tierra está a unos 400 años luz de distancia, lo que hace imposible también su exploración.

La nueva investigación ha superado estos obstáculos valiéndose de un acelerador de partículas: consiguió aplastar los núcleos atómicos (en este caso del estaño) y comprimir grandes cantidades de materia nuclear en volúmenes muy pequeños, tal como ocurre en el interior de una estrella de neutrones.

El acelerador de RIKEN ayudó a llevar esa comprensión a nuevas alturas en términos de energía y densidad, destacan los investigadores.

«El experimento que hemos realizado no se puede realizar en ningún otro lugar, excepto dentro de las estrellas de neutrones», señala Betty Tsang en un comunicado.

Lo que ha hecho el acelerador de partículas de RIKEN es ofrecer la potencia y los núcleos de estaño, ricos en neutrones, para crear un entorno que recuerda a una estrella de neutrones, precisan los investigadores.

Nuevos desarrollos

Pero el trabajo no se detendrá aquí: el año próximo estará operativa en la Universidad de Michigan una Instalación de Rayos de Isótopos Raros (FRIB), que permitirá explorar en profundidad cómo se comportan los sistemas nucleares a energías y densidades extremas.

FRIB ayudará a los científicos hacer descubrimientos sobre las propiedades de isótopos raros (es decir, núcleos de vida corta que normalmente no se encuentran en la Tierra), astrofísica nuclear, interacciones fundamentales y sus aplicaciones para la sociedad.

“Cuando FRIB esté en línea, nos dará más opciones de haces y nos permitirá realizar mediciones mucho más precisas”, precisa Tsang.

«Eso nos permitirá comprender mejor el interior de las estrellas de neutrones y descubrir cosas que son aún más intrigantes y sorprendentes», concluye.

Referencia

Probing the Symmetry Energy with the Spectral Pion Ratio. J. Estee et al. (Sπ RIT Collaboration). Phys. Rev. Lett. 126, 162701, 19 April 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.162701

 

Imagen: Representación artística de cómo los núcleos de estaño se rompen y dispersan en una lluvia de fragmentos de colores. Entre ellos destaca un único pion, que se muestra como otra esfera translúcida con dos esferas más pequeñas en su interior, que representan quarks. Crédito: Erin O’Donnell /FRIB.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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