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Chandra descubre un superfluído en el núcleo de una estrella
Chandra descubre un superfluído en el núcleo de una estrella
Por : Jorge A. Vázquez 27-02-2011El Observatorio de rayos X de la NASA, Chandra, ha descubierto la primera prueba directa de un superfluido, un extraño estado de la materia, en el en núcleo de una estrella de neutrones.
Imagen en rayos X, luz visible y representación artística (recuadro) de la estrella de neutrones del remanente de supernova Cassiopeia A. Créditos: rayos X: NASA / CXC / xx; luz visible: NASA / STScI; ilustración: NASA / CXC / M.Weiss.
El Observatorio de rayos X de la NASA, Chandra, ha descubierto la primera prueba directa de un superfluído, un extraño estado de la materia, en el núcleo de una estrella de neutrones. Los superfluídos creados en los laboratorios de la Tierra muestran ciertas propiedades muy llamativas, tales como la habilidad de trepar y escapar de recipientes herméticos. El hallazgo tiene importantes implicaciones para la comprensión de las interacciones nucleares en la materia, a las mayores densidades conocidas.
Las estrellas de neutrones contienen la
materia más densa que se puede observar de forma directa. Una cucharilla de
estrella de neutrones pesaría seis mil millones de toneladas. La presión en el
núcleo de la estrella es tan alta que la mayoría de las partículas cargadas,
los electrones y los protones, se fusionan, produciendo una estrella compuesta principalmente
de partículas sin carga, denominadas protones.
Dos equipos de investigación independientes estudiaron el remanente de supernova de
Cassiopeia A, o Cas A, abreviado: los restos de una estrella gigante situada a
11 000 años luz, cuya explosión habría sido observada en la Tierra hace unos
330 años. Los datos obtenidos por Chandra muestran una caída rápida de la
temperatura de la ultradensa estrella de neutrones que quedó tras la explosión
de supenova, mostrando que se ha enfriado un 4 por ciento en un período de 10
años.
”Esta caída en la temperatura, que puede parecer pequeña, constituyó una
sorpresa por lo realmente dramática que es”, dijo Dany Page, de la Universidad Autónoma
de México (UNAM), y líder del equipo que publicó el artículo en la edición de
25 de febrero de 2011 del Physical Review Letters. “Esto significa que en la
estrella de neutrones está ocurriendo algo inusual.”
Los superfluidos que contienen partículas cargadas son también
superconductores, lo que significa que actúan como conductores eléctricos
perfectos sin pérdida de energía. Los nuevos resultados sugieren que los
protones que aún quedan en el núcleo de la estrella se encuentra en un estado
de superfluído y que, al tener carga, actúan como superconductores.
"El rápido enfriamiento de la estrella de
neutrones Cas A, observado por Chandra, es la primera evidencia directa de que
los núcleos de las estrellas están, de hecho, constituídos por material
superfluído y superconductor", dijo Peter Shtertin del Ioffe Institute de San
Petersburgo, Rusia, y líder del equipo que tiene un artículo aceptado en la publicación Monthly
Notices, de la Royal Astronomical
Society.
Ambos equipos han mostrado que el rápido
enfriamiento se explica mediante la formación de un superfluído de neutrones en
el núcleo de la estrella de neutrones durante los últimos 100 años, tal como se
ha observado desde la
Tierra. Se espera que el rápido enfriamiento continúe durante
unas décadas y que entonces se haga más lento.
"Cas A se presenta como un regalo del Universo, porque tendríamos que localizar
una estrella de neutrones muy joven justo en el momento preciso", dijo Madapa
Prakash, de la Universidad de Ohio, coautor junto con Page. “En ciencia, a
veces un poco de buena suerte puede hacer que hagas un largo camino".
El comienzo de la superfluidez de los materiales en la Tierra ocurre a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, pero en las estrellas de neutrones, puede ocurrir a temperaturas cercanas a los mil millones de grados Celsius. Hasta ahora había una incertidumbre muy alta en las estimaciones de esta temperatura crítica. La nueva investigación reduce el margen de la temperatura crítica a entre 500 millones y 1 000 millones de grados.
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Breve animación que representa a la estrella de neutrones de Cas A. Créditos: NASA / CXC / M.Weiss
Cas A permitirá a los investigadores poner a prueba sus modelos sobre cómo es
el comportamiento de la fuerza nuclear fuerte, que ata las partículas
subatómicas, en la materia ultradensa. Estos resultados son también importantes
para la comprensión de una gama de comportamientos de las estrellas de
neutrones, incluyendo la precesión, las pulsaciones y los incrementos
repentinos de la frecuencia de rotación de las estrellas de neutrones, las
explosiones de las magnetoestrellas y la evolución de los campos magnéticos de
las estrellas de neutrones.
Los llamados glitches, esto es, los cambios repentinos en la tasa de giro de
las estrellas de neutrones, han dado ya evidencias de superfluídos de neutrones
de la corteza de una estrella de neutrones, donde las densidades son mucho
menores que las que se ven en el núcleo de la estrella. Las
últimas noticias de Cas A desvelan nueva información acerca de la región
interna ultradensa de una estrella de neutrones.
"Previamente no teníamos ni idea de cómo se extiende la superconductividad de
los protones en una estrella de neutrones", dijo Dmitri Yakovlev, coautor junto
con Shternin, y también del Ioffe Institute.
El enfriamiento de la estrella de neutrones de Cas A fue descubierto por
primera vez por el coautor Craig Heinke, de la Universidad de Alberta, y por
Wynn Ho, de la Universidad de Southampton, Reino Unido, en 2010. Fue la primera
vez que los astrónomos midieron la tasa de enfriamiento de una esrella de
neutrones joven.
Los coautores de Page fueron Prakash, James Lattimer (Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook), y Andrew Steiner (Universidad del Estado de Míchigan). Los coautores de Shternin fueron Yakovlev, Heinke, Ho, y Daniel Parnaude (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian).
Se puede encontrar más información, incluyendo imágenes y otras multimedias, en:
Janet Anderson, 256-544-6162
NASA Marshall Space Flight Center, Ala.
Janet.L.Anderson_at_nasa.gov
Megan Watzke 617-496-7998
Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
m.watzke_at_cfa.harvard.edu
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