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La estrella más masiva de neutrones detectada, casi tan masiva como para no existir

La estrella más masiva de neutrones detectada, casi tan masiva como para no existir


Universo

Astrónomos del GBT han descubierto la estrella de neutrones más masiva hasta la fecha, un pulsar de giro rápido apróximadamente a 4.600 años luz de la Tierra. Este objeto de récord está en el borde de la existencia, acercándose a la máxima masa posible para una estrella de neutrones.

Las estrellas de neutrones - restos comprimidos de estrellas masivas que llegaron a supernova . son los objetos "normales" más densos en el universo conocido. (Los agujeros negros son técnicamente más densos, pero son todo menos normales). Un simple terrón de azucar de material de estrella de neutrones pesaría 100 millones de toneladas aquí en la Tierra., o lo mismo que toda la población humana. Aunque los astrónomos y físicos han estudiado y se han maravillado con estos objetos durante décadas, aún hay muchos misterios sobre la naturaleza de su interior: ¿Los neutrones comprimidos se vuelven "superfluído" o fluyen libres? ¿Se rompen en una sopa de quarks subatómicos o otras partículas exóticas? ¿Cual es el punto clave en que la gravedad gana sobre la materia y se forma un agujero negro?

Impresión artística del pulso de una estrella de neutrones masiva siendo retrasado por el paso de una enana blanca entre la estrella de neutrones y la Tierra. Crédit: BSaxton, NRAO/AUI/NSF

Un equipo de astrónomos utilizando el Green Bank Telescope (GBT) de la NSF nos ha acercado en la búsqueda de respuestas.

Los investigadores, miembros del centro NANOGrav Physics Frontiers , descubrieron que un pulsar de milisegundos de rotación rápida, llamado J0740+6620, es la estrella de neutrones más masiva jamás medida, conteniendo 2.17 veces la masa de nuestro Sol en una esfera de sólo 30km de diámetro. Esta medición se acerca a los límites de como de masivo y compacto un solo objeto puede ser, sin convertirse en agujero negro. Trabajos recientes sobre ondas gravitacionales que observaron colisiones de estrellas de neutrones con LIGO sugieren que 2.17 masas solares estaría muy cerca de ese límite.

"Las estrellas de neutrones son tan misteriosas que son fascinantes", dijeron Thankful Cromartie, una estudiante graduada en la Universidad de Virginia y Grote Reber miembro predoctoral del National Radio Astronomy Observatory en Charlottesville, Virginia."Estos objetos del tamaño de ciudades son esencialmente núcleos atómicos gigantes. Son tan masivos que su interior tiene extrañas propiedades. Encontrar la máxima masa que la física y la naturaleza permite nos enseña una gran lección de otra forma inaccesible en el campo de la astrofísica".

Pulsar de misilisegundos con estructura de campo magnético

Los pulsares tienen ese nombre por los dos rayos de ondas de radio que emiten desde sus polos magnéticos. Estos rayos barren el espacio como un faro. Algunos rotan cientos de veces por segundo. Como los púlsares giran a velocidades tan altas y regularmente, los astrónomos los pueden usar como el equivalente cósmico a relojes atómicos. Esta precisión con el tiempo ayuda a estudiar la naturaleza del espacio-tiempo, medir masas de objetos estelares, y mejorar su comprensión de la relatividad general.

En el caso de este sistema binario, que está casi en línea en relación a la Tierra, esta precisión cósmica le proporcionó a los astrónomos una manera de calcular la masa de las dos estrellas.

Mientras el pulsar pasa detrás de su compañera enana blanca, hay un pequeño (de la orden de 10 millonésimas de segundo) retraso en el tiempo de llegada de las señales. Este fenómeno es conocido como "Retardo Zafiro". Básicamente la gravedad de la enana blanca deforma un poco el espacio que la rodea según la teoría de la relatividad general de Einstein. Esta deformación significa que los pulsos de la estrella de neutrones rotando tienen que viajar un poquito más porque han de atravesar las distorsiones del espacio-tiempo causadas por la enana blanca.

Los astrónomo pueden usar la cantidad de retraso para calcular la masa de la enana blanca. Una vez se conoce la masa de uno de los cuerpos que co-orbitan, es relativamente fácil determinar con precisión la masa del otro.

Cromartie es la autora principal del artículo aceptado para publicación en Nature Astronomy. Las observaciones con el GBT estaban relacionadas con su tesis doctoral, que proponía observar este sistema en dos puntos especiales de sus órbitas para medir con precisión la masa de la estrella de neutrones.

"La orientación de esta sistema binario de estrellas ha creado un fantástico laboratorio cósmico" dijo Scott Tansom, un astrónomo de NRAO y coautor del artículo. "Las estrellas de neutrones tienen ese límite en el que sus densidades interiores son tan extremas que la fuerza de la gravedad supera incluso la capacidad de los neutrones de resistirse al colapso. Cada "más masiva" estrella de neutrones que encontramos nos acerca a identificar ese límite y ayudarnos a comprender la física de la materia a esas densidades alucinantes".

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