¿Qué es una estrella de neutrones?

Una estrella de neutrones es aquella que se forma tras el colapso gravitatorio de una estrella supermasiva, dejando como remanente un núcleo con una densidad inimaginable.

Estrella neutrones

¿Te imaginas comprimir el Sol en una esfera del tamaño de la isla de Manhattan? Y no estamos hablando de una trama de ciencia ficción. Estamos hablando de ciencia. Algo así existe en el Universo y tiene nombre y apellido: estrella de neutrones.

El Cosmos tiene una edad de 13.800 millones de años y un diámetro de 93.000 millones de años luz. Es suficientemente longevo e inmenso como para albergar cuerpos celestes que rompen con todos nuestros esquemas. Y cada vez que conocemos más acerca de sus secretos, más nos damos cuenta de que el Universo es maravilloso y, a la vez, aterrador.

Y uno de los sucesos más fascinantes que pueden suceder en el Cosmos son las muertes de las estrellas. Todas y cada una de las estrellas del Universo tienen un ciclo de vida. Nacen, inician reacciones de fusión nuclear, viven durante miles de millones de años, agotan su combustible y, finalmente, mueren.

Y es en esta muerte cuando el Universo juega con las leyes físicas. En el artículo de hoy, pues, hablaremos de unas estrellas increíblemente densas que se forman como remanente del colapso gravitatorio de estrellas supermasivas. Prepárate para que te estalle la cabeza. Porque hoy nos embarcaremos en un apasionante viaje hacia los secretos de las estrellas de neutrones.

¿Qué son las estrellas de neutrones?

Las estrellas de neutrones son el conjunto de estrellas con unas propiedades muy concretas. Se trata de estrellas que se forman como remanente tras el colapso gravitatorio de estrellas supermasivas con masas entre 8 y 20 veces más grandes que la del Sol.

Las estrellas de neutrones son unos cuerpos celestes que consisten en el núcleo comprimido de una estrella supermasiva que ha agotado su combustible y que, por lo tanto, ha muerto debido a un colapso bajo su propia gravedad.

Como su propio nombre indica, una estrella de neutrones está compuesta de neutrones. Y aunque lo explicaremos con más detalles más adelante, debemos tener claro lo increíble que es esto. En una estrella de protones, los átomos se han roto. El colapso gravitatorio ha sido tan intenso que los protones y los electrones se han fusionado en neutrones.

Esto es lo que permite que se alcancen densidad que, simplemente, resultan inimaginables. Un metro cúbico de estrella de neutrones tendría un peso de cerca de un trillón de kg. Un simple metro cúbico de su material pesaría un millón de millones de millones de kg. Esto nos lleva a afirmar que una cucharada de estrella de neutrones pesaría tanto como todos los vehículos automóviles de la Tierra.

Es increíble, sí. Pero más asombroso resulta conocer que estas estrellas tienen un diámetro de tan solo 10 km pero una masa que puede llegar a ser dos veces como la del Sol. ¿Recuerdas lo que hemos dicho sobre comprimir el Sol hasta que tenga el tamaño de la isla de Manhattan? Pues aquí lo tienes. Puede alcanzar densidades tan inmensas que el grado de compactación es enorme. Son esferas de solo 10 km de diámetro pero una masa de hasta el doble que la del Sol. Y si tenemos en cuenta que el Sol pesa 1.990 millones de cuatrillones de kg, la cabeza nos explota del todo.

Qué es estrella neutrones

Las estrellas de neutrones son uno de los objetos más misteriosos en el mundo de la Astronomía y, de momento, el cuerpo celeste y objeto natural del Universo más denso cuya existencia ha sido demostrada. Sin tener en cuenta los agujeros negros, claro, pues estos tienen una densidad infinita.

Cabe destacar también que algunas estrellas de neutrones giran rápidamente y emiten rayos de radiación electromagnética. Cuando esto sucede, reciben el nombre de los famosos púlsares, unas estrellas de neutrones que giran sobre sí mismas varios cientos de veces por segundo (un punto en su superficie se puede mover a más de 70.000 km/s), tienen un intensísimo campo magnético y emiten chorros de rayos X. Son faros en el Universo con una regularidad en su rotación más perfecta que cualquier reloj atómico.

En resumen, una estrella de neutrones es el remanente de una estrella supermasiva que ha colapsado gravitatoriamente al agotar su combustible, dando lugar a una esfera de 10 km de diámetro donde los átomos se han roto, formando así una “papilla” de neutrones que permite alcanzar densidades de cerca de un trillón de kg por metro cúbico, siendo así los objetos más densos del Universo de existencia comprobada. El Sol compactado en Manhattan. Esto es una estrella de neutrones.

¿Cómo se forman las estrellas de neutrones?

Llegados hasta aquí, dos cosas deben haber quedado muy claras. Una, que las estrellas de neutrones son muy extrañas y extremas. Y dos, que se forman tras la muerte de una estrella supermasiva. Y ahora que hemos entendido qué son, veamos exactamente cómo esta muerte estelar provoca la aparición de estos cuerpos celestes tan increíblemente densos.

Y para ello, debemos situarnos en el contexto de las estrellas supermasivas, que son aquellas que tienen entre 8 y 20 veces la masa del Sol. Son millones de veces más grandes que el Sol pero no suficientemente masivas para colapsar en una singularidad, es decir, un agujero negro. Cuando una estrella tiene entre 8 y 20 masas solares, se encuentra en el rango óptima para que su muerte derive en la formación de una estrella de neutrones.

1. Nacimiento y secuencia principal de una estrella supermasiva

Estas estrellas supermasivas tienen una esperanza de vida menor que las estrellas más pequeñas, pero, al igual que todas, se forman tras la condensación de las partículas de gas y polvo de una nebulosa. Cuando la gravedad permite que en esta protoestrella se enciendan las reacciones de fusión nuclear, decimos que se entra en la secuencia principal. Ha nacido una estrella.

La secuencia principal hace referencia a la etapa más longeva de la vida de una estrella y es un periodo de miles de millones (pongamos que la esperanza de vida promedio de estas estrellas, a pesar de ser muy variable, es de 8.000 millones de años) de años durante el cual la estrella consume su combustible a través de la fusión nuclear. Un ejemplo de esta estrella es Rigel, una supergigante azul situada a 860 años luz de distancia y que, con un diámetro de 97.000.000 de km, es casi 80 veces más grande que el Sol, además de tener una masa de 18 masas solares y una luminosidad 85.000 veces más intensa que el Sol.

Sea como sea, cuando estas estrellas supermasivas completan su secuencia principal ya que sus reservas de combustible empiezan a agotarse, se inicia la cuenta atrás. El equilibrio perfecto que había entre la fuerza nuclear (que tiraba hacia fuera) y la gravedad (que tiraba hacia dentro) empieza a romperse.

Rigel

2. La estrella pierde masa y se hincha

Y, ¿qué sucede? Primero, la estrella se hincha, aumentando de tamaño a causa de la pérdida de masa (la gravedad no puede contrarrestar a la fuerza nuclear). Esta fase, de muy corta duración, se conoce como supergigante amarilla, en la que la estrella va en camino de convertirse en una supergigante roja.

Estas supergigantes rojas son la penúltima etapa de vida de las estrellas supermasivas y son las más grandes del Universo en lo que volumen se refiere. De hecho, UY Scuti, con un diámetro de 2.400.000.000 de km, es la estrella conocida más grande del Universo y es una supergigante roja.

En esta etapa, la estrella sigue perdiendo masa, por lo que la gravedad cada vez lo tiene más complicado para contrarrestar a la fuerza nuclear. Las reacciones de fusión nuclear, pese a que se está agotando el combustible, continúan, por lo que empujan a la estrella hacia fuera, que es lo que provoca este aumento de volumen.

Ahora bien, cuando se haya agotado por completo el combustible, la situación se invertirá. Y cuando esta supergigante roja no tenga más materia que fusionar, su núcleo se apagará. Las reacciones de fusión nuclear terminarán de repente y de las dos fuerzas que mantenían el equilibrio del cuerpo celeste, solo quedará una: la gravedad. Y esta gravedad causará el fenómeno más violento del Universo: una supernova.

3. Muerte, supernova y estrella de neutrones

Cuando ha agotado por completo su combustible, la estrella muere. Y muere literalmente. La estrella colapsa bajo su propia gravedad, causando una explosión increíblemente violenta que se conoce como supernova. Estas explosiones estelares alcanzan las temperaturas más altas del Universo (3.000 millones de grados) y liberan cantidades ingentes de energía (incluida radiación gamma), así como todos los elementos químicos que la estrella había formado durante su secuencia principal a través de las reacciones de fusión nuclear.

Ahora bien, ¿la estrella estalla en forma de supernova y ya está? No. O, al menos, no es lo habitual. Lo más frecuente es que quede como remanente algo. Y si su masa es de más de 30 veces la del Sol, el colapso gravitatorio habrá sido tan intenso que la propia materia se habrá roto y se formará una singularidad en el espacio-tiempo. Si la estrella era hipermasiva, pues, se formará un agujero negro.

Pero si es suficientemente masiva como para colapsar en forma de supernova (el Sol nunca lo hará porque es demasiado pequeño y poco masivo, por lo que su colapso gravitatorio dejará como remanente simplemente una enana blanca) pero lo suficiente como para generar un agujero negro, se quedará a medio camino. Y aquí es cuando entra en juego la estrella de neutrones.

El colapso gravitatorio de la estrella ha sido tan intenso que, además de morir en forma de supernova, ha provocado que los átomos del núcleo de la estrella se rompan. Los protones y los electrones de sus átomos se han fusionado en neutrones, cosa que hace que las distancias intraatómicas desaparezcan y se puedan alcanzar densidades inimaginables.

La estrella de neutrones, pues, se forma tras el colapso gravitatorio paralelo a la supernova, haciendo que los átomos del núcleo de la estrella moribunda se rompan y obteniendo así un cuerpo celeste que no es más que una papilla de estas partículas subatómicas. Sin duda, las estrellas de neutrones son asombrosas y nos demuestran lo violento que puede llegar a ser el Universo.

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