Las estrellas de neutrones se crean cuando las estrellas gigantes mueren en supernovas y sus núcleos se colapsan, con los protones y los electrones fundiéndose esencialmente entre sí para formar neutrones. Crédito de la imagen: NASA / Dana Berry
Por Nola Taylor Redd, colaboradora de Space.com | 23 de febrero de 2018
Las estrellas de neutrones son objetos estelares de tamaño de ciudad con una masa de aproximadamente 1,4 veces la del sol. Nacidos de la muerte explosiva de otras estrellas más grandes, estos pequeños objetos tienen un gran impacto. Echemos un vistazo a lo que son, cómo se forman y cómo varían.
Un fénix estelar
Cuando las estrellas cuatro a ocho veces más masivas que el sol explotan en una supernova violenta, sus capas externas pueden volar en una pantalla a menudo espectacular, dejando atrás un núcleo pequeño y denso que continúa colapsándose. La gravedad presiona el material sobre sí mismo tan fuertemente que los protones y los electrones se combinan para formar neutrones, lo que da el nombre de "estrella de neutrones".
Las estrellas de neutrones empacan su masa dentro de un diámetro de 20 kilómetros (12.4 millas). Son tan densos que una sola cucharadita pesaría mil millones de toneladas, suponiendo que de alguna manera lograras atrapar una muestra sin ser capturados por la fuerte atracción gravitacional del cuerpo. En promedio, la gravedad en una estrella de neutrones es 2 mil millones de veces más fuerte que la gravedad en la Tierra. De hecho, es lo suficientemente fuerte como para doblar significativamente la radiación de la estrella en un proceso conocido como lente gravitacional, lo que permite a los astrónomos ver parte de la parte posterior de la estrella.
El poder de la supernova que lo dio lugar le da a la estrella una rotación extremadamente rápida, causando que gire varias veces en un segundo. Las estrellas de neutrones pueden girar tan rápido como 43,000 veces por minuto, disminuyendo gradualmente con el tiempo.
Si una estrella de neutrones es parte de un sistema binario que sobrevivió al estallido mortal de su supernova (o si capturó a un compañero de paso), las cosas pueden ponerse aún más interesantes. Si la segunda estrella es menos masiva que el sol, extrae la masa de su compañero en un lóbulo de Roche, una nube de material similar a un globo que orbita la estrella de neutrones. Compañeros estrellas hasta 10 veces la masa del sol crean transferencias de masa similares que son más inestables y no duran tanto tiempo.
Estrellas más de 10 veces más masivas que el material de transferencia solar en forma de viento estelar. El material fluye a lo largo de los polos magnéticos de la estrella de neutrones, creando pulsaciones de rayos X a medida que se calienta.
Para 2010, se habían identificado aproximadamente 1.800 púlsares a través de la detección de radio, con otros 70 detectados por rayos gamma. Algunos púlsares incluso tienen planetas en órbita alrededor de ellos, y algunos pueden convertirse en planetas.
Tipos de estrellas de neutrones
Algunas estrellas de neutrones tienen chorros de materiales saliendo de ellas casi a la velocidad de la luz. Cuando estos rayos pasan por la Tierra, parpadean como el bulbo de un faro. Los científicos los llamaron púlsares después de su apariencia pulsante. Los púlsares normales giran entre 0.1 y 60 veces por segundo, mientras que los púlsares de milisegundos pueden resultar tanto como 700 veces por segundo.
Cuando los púlsares de rayos X capturan el material que fluye de los compañeros más masivos, ese material interactúa con el campo magnético para producir haces de alta potencia que se pueden ver en el espectro de radio, óptica, rayos X o rayos gamma. Debido a que su principal fuente de energía proviene del material de su compañero, a menudo se los llama "púlsares accionados por acreción". Los "púlsares impulsados por spin" son impulsados por la rotación de las estrellas, ya que los electrones de alta energía interactúan con el campo magnético de los púlsares sobre sus polos. Las estrellas jóvenes de neutrones antes de que se enfríen también pueden producir pulsos de rayos X cuando algunas partes están más calientes que otras.
A medida que el material dentro de un pulsar se acelera dentro de la magnetosfera de un pulsar, la estrella de neutrones produce emisión de rayos gamma. La transferencia de energía en estos púlsares de rayos gamma ralentiza el giro de la estrella.
El parpadeo de los púlsares es tan predecible que los investigadores están considerando usarlos para la navegación espacial.
"Algunos de estos púlsares de milisegundos son extremadamente regulares, regulares como relojes", dijo Keith Gendreau del Goddard Space Flight Center de la NASA en Maryland a miembros de la prensa en 2018.
"Usamos estos púlsares de la misma manera que usamos los relojes atómicos en un sistema de navegación GPS", dijo Gendreau.
La estrella de neutrones promedio cuenta con un poderoso campo magnético. El campo magnético de la Tierra es de alrededor de 1 gauss, y el del Sol es de unos pocos cientos de gauss, según el astrofísico Paul Sutter. Pero una estrella de neutrones tiene un campo magnético de billones de gauss.
Los magnetares tienen campos magnéticos mil veces más fuertes que la estrella de neutrones promedio. El arrastre resultante hace que la estrella tarde más en girar.
"Eso coloca a los magnetares en el lugar número 1, campeones reinantes en la competencia universal de campo magnético más fuerte", dijo Sutter. "Los números están ahí, pero es difícil envolver nuestros cerebros en ellos".
Estos campos causan estragos en sus entornos locales, con átomos que se extienden en barras delgadas como un lápiz cerca de magnetars. Las estrellas densas también pueden generar ráfagas de radiación de alta intensidad.
"Acércate demasiado a uno (digamos, dentro de 1,000 kilómetros, o cerca de 600 millas), y los campos magnéticos son lo suficientemente fuertes como para alterar no solo tu bioelectricidad, haciendo que tus impulsos nerviosos sean hilarantemente inútiles, sino tu misma estructura molecular", dijo Sutter. "En el campo de un magnetar, simplemente. . . te disuelves "
Con la densidad más alta de cualquier objeto espacial conocido, las estrellas de neutrones pueden emitir radiación a través de la galaxia. Crédito de la imagen: by Karl Tate, Infographics Artist
Estrellas colisionando
Al igual que las estrellas normales, dos estrellas de neutrones pueden orbitar entre sí. Si están lo suficientemente cerca, pueden incluso entrar en espiral hacia su ruina en un fenómeno intenso conocido como "kilonova".
La colisión de dos estrellas de neutrones hizo olas que se escucharon alrededor del mundo en 2017, cuando los investigadores detectaron que las ondas gravitacionales y la luz provenían del mismo choque cósmico. La investigación también proporcionó la primera evidencia sólida de que las colisiones de estrellas de neutrones son la fuente de gran parte del oro, el platino y otros elementos pesados del universo.
"El origen de los elementos químicos más pesados del universo ha desconcertado a la comunidad científica durante bastante tiempo", dijo en un comunicado Hans-Thomas Janka, científico sénior de MPA. "Ahora tenemos la primera prueba de observación para las fusiones de estrellas de neutrones como fuentes, de hecho, podrían ser la fuente principal de los elementos del proceso r", que son elementos más pesados que el hierro, como el oro y el platino.
La poderosa colisión liberó enormes cantidades de luz y creó ondas gravitacionales que ondularon a través del universo. Pero lo que le sucedió a los dos objetos después de su destrucción sigue siendo un misterio.
"En realidad, no sabemos qué sucedió con los objetos al final", dijo en una conferencia de prensa 2017 David Shoemaker, científico investigador principal del MIT y portavoz de LIGO Scientific Collaboration. "No sabemos si es un agujero negro, una estrella de neutrones u otra cosa".
Se cree que las observaciones son las primeras de muchas por venir.
"Esperamos que pronto se observen más fusiones de estrellas de neutrones y que los datos observacionales de estos eventos revelarán más sobre la estructura interna de la materia", dijo el autor principal del estudio Andreas Bauswein, del Instituto de Heidelberg para Estudios Teóricos en Alemania. en una oracion.
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