Por primera vez, los científicos han combinado mediciones de ondas gravitacionales, observaciones con telescopios y colisiones de átomos de oro en aceleradores de partículas para trazar un mapa de las propiedades del material extremadamente compacto de las estrellas de neutrones.
Las estrellas de neutrones son los pequeños restos compactos de estrellas masivas que han explotado, con una masa al menos diez veces superior a la del Sol. La materia de estas estrellas está tan compactada que ya no hay átomos formados por un núcleo y electrones. Se comprimen en partículas centrales sin carga llamadas neutrones. Una cucharadita de material neutrónico pesa millones de toneladas, lo mismo que una gran montaña.
Todavía se desconoce mucho sobre este asunto de los neutrones. Cuanto más se profundiza en el interior de una estrella de neutrones, mayor es la densidad. Es difícil determinar el aspecto y el comportamiento de la materia", afirma el físico Peter Pang, de la Universidad de Utrecht, uno de los primeros autores de la nueva investigación, publicada en la revista Nature. No solo porque no podemos simular densidades tan altas en la Tierra, sino también porque es difícil calcularlo teóricamente.
Ondas gravitacionales
Para averiguar las propiedades de esta misteriosa materia, astrónomos y físicos han combinado por primera vez las observaciones de colisiones de partículas con las mediciones de ondas gravitacionales de 2017 y 2019. Ambos midieron las ondulaciones en el espacio-tiempo creadas por la colisión de estrellas de neutrones.
Combinaron estos datos con las mediciones de átomos de oro cargados que colisionan en el acelerador de partículas del instituto de investigación alemán GSI Helmholtzentrum für Schwerionenforschung de Darmstadt . Se alcanzan densidades más de una vez y media superiores a la densidad en el núcleo de un átomo. Esto está todavía muy lejos de las estrellas de neutrones, pero ayuda a mejorar los modelos teóricos.
Por último, los investigadores también utilizaron mediciones de telescopios, como el telescopio NICER a bordo de la ISS. De este modo, recogieron información sobre ocho estrellas de neutrones. Se utilizó todo lo que podíamos utilizar para investigar la materia compacta de los neutrones", afirma Chris Van Den Broeck, de la Universidad de Utrecht, y Nikhef.
Materia neutrónica
El análisis de las mediciones combinadas muestra que una estrella de neutrones con 1,4 veces la masa del sol tiene un diámetro de 24 kilómetros. Esta cifra corresponde a estimaciones anteriores, pero es más precisa.
Además, los investigadores hicieron una estimación de la rigidez de la materia neutrónica. Las observaciones del NICER nos dijeron que el material es más rígido de lo que esperábamos", dice Pang. 'Esto sí coincidió con las mediciones de las colisiones del oro en el acelerador de partículas'.
Lo más sorprendente del análisis, según Pang, fue lo bien que coincidían los resultados de las distintas mediciones. Las mediciones de colisiones de partículas muestran una notable coherencia con las observaciones astrofísicas, a pesar de que se obtuvieron utilizando métodos de medición completamente diferentes.
Cambio de juego
Así que los resultados no son realmente sorprendentes. Pero este análisis es solo el principio. Con esto, estamos sentando las bases para el trabajo que viene", dice Van Den Broeck. El objetivo era también averiguar cómo se combinan estas mediciones para que en el futuro se puedan añadir nuevas observaciones del acelerador de partículas LHC en el CERN de Ginebra y del futuro detector de ondas gravitacionales, el telescopio Einstein.
Con estas observaciones adicionales, podemos determinar con exactitud cuáles son las propiedades del material de las estrellas de neutrones", afirma Pang.
Actualmente, los investigadores solo pueden decir algo sobre la presión y la densidad. Pero aún queda mucho por descubrir. El material es un líquido, por ejemplo, y también se puede determinar su viscosidad y conductividad. Van den Broeck: "Creo que la combinación de futuras mediciones cambiará realmente las reglas del juego.
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