lunes, 21 de diciembre de 2009

14 Estructura de las Estrellas de Neutrones

 Las estrellas de neutrones no son objetos ordinarios, y sus propiedades desafían la imaginación. El término de "estrella" no es el más preciso para otorgarles su clasificación, dado que las características que se les ha podido distinguir las difiere sustancialmente de una estrella de rango común. Pero además, esa diferencia no solamente se dan entre estrellas, sino que también en la estructura de su materia en relación a la que nos es común aquí en la Tierra. Un centímetro cúbico de la materia nuclear de una estrella de neutrones pesa unos 1.000 millones de toneladas (= 1015 gm/cm3) . Son esferas con un diámetro de unos doce kilómetros, es decir, del tamaño de una ciudad. Pero es difícil que puedan tener alguna atracción para ser visitadas. Son lugares que es preferible evitar.

Se han desarrollado varios modelos de estructuras físicas usando las leyes de partículas elementales para estrellas de neutrones. Aquí, trataremos de describir aquel que concita una mayor aceptación dentro de la comunidad de físicos del mundo.

A través del estudio de los púlsares binarios se ha podido medir la masa de varias estrellas de neutrones, éstos llegan a valores cercanos a 1,44 M. Su radio, todavía no se ha podido medir con exactitud, pero modelos teóricos nos orientan a que podría comportar valores que se ubican en los rangos entre 6 y 20 km. Ello implica que estamos hablando de densidades del orden de mil millones de toneladas por cm3 (= 1015 gm/cm3), cifra que podría ser considerada exagerada pero solamente representa algo más que un núcleo atómico. De hecho, con un alto realismo teórico podemos considerar que una estrella de neutrones no es más ni menos que un núcleo atómico del porte de una ciudad de la Tierra.

Estrella de neutrones

La figura  representa la estructura global de una estrella de neutrones. En ella se distinguen las dos principales partes de la constitución de ella: corteza y núcleo. Ambas partes se diferencian sustancialmente. La corteza es sólida, semejante a la de la Tierra pero de poco espesor, quizás entre uno y unos cuantos metros de profundidad, y está compuesta, principalmente, por elementos con núcleos atómicos. Por otra parte, el núcleo propiamente tal, su densidad es tan extrema que generó la fusión de los núcleos atómicos produciendo un material muy homogéneo y licuado el cual es reconocido con el nombre de líquido cuántico sobre el cual parece flotar la corteza. Casi el 98% de la estructura de la estrella corresponde al núcleo.


No existe seguridad teórica sobre la composición material que podría comportar la superficie de la corteza de una estrella de neutrones. De una cosa casi se está seguro: la parte superior de la corteza, a densidades del orden de 10g/cm3, debe ser de hierro, pero no se descarta la presencia, a densidades más bajas, de elementos más ligeros como el hidrógeno, helio, carbono u oxígeno, o que el hierro solamente esté presente en el exterior de la parte superior de la corteza. Esta capa superior envolvente de la corteza debe ser de unos pocos metros, pero tiene muchísima importancia observacional. También se puede dar la situación, como piensan muchos físicos, que la superficie sólida de una estrella de neutrones podría estar recubierta de un envoltorio gaseoso de poco espesor (unos cuantos cm) semejante a una atmósfera y, bajo ésta, se daría la existencia de una capa líquida, como un océano de pocos metros de profundidad, soportada por un casco sólido.

Las capas exteriores de la corteza deben estar formadas de materias semejantes a las que conocemos en la Tierra, pero al adentrarnos en ella, es decir, avanzando en densidad, aparecen núcleos atómicos más exóticos y con más neutrones, que nosotros solamente los conocemos por experimentos de laboratorios producidos en cantidades muy pequeñas y de efímera duración. Ahora, esos núcleos son estables en la corteza de una estrella de neutrones gracia a la presión y densidad a que están expuestos, cuestión que también rige para la existencia de ellos ahí.

Adentrándonos hacia el interior de la corteza de una estrella de neutrones llegamos al nivel de densidad de 4,3 x 1011 g/cm3. En ese tramo, nos encontramos con un material imposible de ser reproducido en nuestros laboratorios. Aparte de los núcleos y electrones se encuentra la presencia de un líquido superfluido de neutrones transitando entre los núcleos. Tenemos así un material muy extraño compuesto por un cristal nucleico inmerso en un líquido (superfluido).

La parte inferior de la corteza se encuentra a un rango de densidad de aproximadamente 1,3 x 1014 g/cm3. En ella, hallamos núcleos deformados que por el volumen que ocupan han reducido el espacio del líquido de neutrones. Esta forma que adquieren los núcleos se asemejan a los aglomerados nucleares, ya que primero se alargan como un elástico; luego se aplastan en capas nucleares como membranas ocupando la mayor parte del volumen anfitrión y empujan al líquido de neutrones hasta cohabitar como burbujas . A baja densidad, los núcleos de hierro están constituidos por neutrones en un 55% y por protones en un 45%; mientras, los aglomerados nucleares comportan un 95% de neutrones y un 5% de protones. Ahora, en cuanto al líquido de neutrones, éste está constituido obviamente exclusivamente por neutrones, pero con una ligera densidad menor a la que tienen los aglomerados nucleares. Al aumentar la densidad, la que comporta el líquido de neutrones "libres" llega a la densidad de la materia en los aglomerados y las burbujas de neutrones desaparecen. Llegamos al núcleo de la estrella.

Interior ST-Neutr

En el espacio entre el límite de la parte inferior de la corteza y el núcleo, sus composición también podría ser de aglomerados nucleares, o sea, un material compuesto en un 95% de neutrones y un 5% de protones y, es ello, que en alguna medida califica a la estrella como de neutrones. Pero además de los núcleos de neutrones y protones, la estrella comporta electrones en toda su estructura, ya que si ello no fuera así, este tipo de astros no existiría en el universo, debido a que explotarían como consecuencia de la tremenda carga eléctrica positiva que se generaría por la fuerza repulsiva que se da entre los protones.

El núcleo propiamente tal es un fluido y se distingue seccionado en dos partes: una sección exterior constituida principalmente de neutrones y protones y los electrones necesarios para mantener la carga eléctrica nula, y una sección interior. Describir la sección exterior del núcleo, teóricamente no conlleva problemas, debido a que la densidad que se da es muy cercana a la de los núcleos atómicos que nos son familiares. Distinto es el caso cuando nos adentramos en la sección interior, allí es como entrar dentro de un juego de azar teórico.

Algunos físicos creen que la parte más profunda del núcleo de una estrella de neutrones lo forma un condensado piónico, un nuevo estado de la materia. Los piones son partículas subnucleares detectadas en laboratorios de aceleración y que pueden concebirse como la cola que mantiene pegado el núcleo atómico. En condiciones extremas como son las que se deben dar en la sección interior del núcleo de una estrella de neutrones, los piones se condensan formando una especie de gas capaz de sustentar un peso que, a escala terrenal, casi parece inconmensurable. Las condiciones extremas que se dan en el interior de una estrella de neutrones llevan a los físicos a los límites mismos de su conocimiento de la física subnuclear. Algunos sospechan que el interior del núcleo de una estrella de neutrones está formado por elementos quárquicos, constitutivos de las partículas nucleares. Más aún, últimamente ha tomado fuerza la idea, a raíz del descubrimiento de un nuevo tipo de estrellas de quarks, que las que distinguimos como de neutrones sean en su totalidad constituidas íntegramente también de quarks.

Aun cuando las características del interior profundo de una estrella de neutrones sigue siendo tema de discusión, a la mayoría de los físicos les entusiasma la idea de que estas estrellas les proporcionen una especie de «laboratorio natural» para poner a prueba sus nuevas ideas sobre el mundo subnuclear.

Fuente: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-03_07-01.htm

1 comentario:

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