martes, 22 de diciembre de 2009

21 Estrellas de Neutrones: «De la Teoría a la Observación»

 L a presunción de la existencia de las estrellas de neutrones es producto, no sólo de la imaginación de los teóricos, sino que también del trabajo que se acumula en el transcurso del desarrollo de la física. La idea, nació del proceso común que usan los científicos de ejercicios de experimentos de pensamiento, del cual surgieron las interrogantes: « ¿ Cuál es el estado último de la materia? ¿Qué sucede cuando las estrellas de gran masa no pueden sostener ya su peso?» Las contestaciones se hallaron en los avances logrados en la física nuclear y atómica (datos confirmados por detallados ensayos en laboratorio) y las respuestas correctas en el caso de las enanas blancas y de las estrellas de neutrones.

Nuestro entorno que nos rodea y, la misma Tierra, básicamente se encuentra estructurado por átomos. El átomo, no es exactamente la unidad indivisible que en el pasado concibió Demócrito. No se está muy equivocado, cuando un niño de enseñanza primaria describe su definición como un melón con un montón de cosas raras adentro. Desde principios de siglos sabemos que nuestro átomo tiene partes, tiene una estructura interna, y se puede dividir.

Átomo

Podemos concebir que su estructura está compuesta por una minúscula y densa esferita casi quieta que denominamos núcleo, y luego una o más partículas miles de veces más livianas y en movimiento veloz, a las que llamamos electrones. Sabemos también que el núcleo atómico está a su vez compuesto de protones y neutrones, los que a su vez están compuestos de quarks, los que a su vez...étc....étc. Los protones tienen una carga eléctrica positiva y los electrones una carga negativa mientras los neutrones no tienen carga eléctrica. Cuando el átomo es neutro tenemos tanto electrones en movimiento como protones en el núcleo. Cuando llega a faltar un electrón, el átomo se ioniza y tienen entonces una carga eléctrica neta.

Todavía no conocemos bien cuál es el tamaño del electrón. Por ello, siempre pensamos de que se trata de un puntito, en el sentido gráfico. Por el contrario, los neutrones y protones no son puntitos, sino que más bien una especie de pelotitas con un radio del orden de 1 fm (=fermi = 10 -15 m). El núcleo tiene pues un radio de unos pocos fm mientras el átomo mide varios cientos de miles de fm de diámetro. Si el átomo fuese un estadio de fútbol, el núcleo sería como la cabeza de un alfiler. Así de pequeño es. En otras palabras, el átomo está lleno de vacío.

Por otra parte, tanto la masa del neutrón como la del protón son unas dos mil veces superiores a la del electrón, lo que implica que la mayor parte de la masa de un átomo la constituye el núcleo. Ahora, como éste es tan pequeñito y con tanta masa almacenada, su densidad es inmensa. Prácticamente, la mayoría de los núcleos comportan la misma densidad, la cual es del orden de 2,8 x 1014 g/cm3, a la cual se le conoce como «densidad nuclear».

Protón

En consecuencia, la materia que constituye nuestro entorno y, nosotros mismos, su densidad real es la densidad nuclear. Esta materia, se encuentra almacenada en pequeñas esferitas, los núcleos, los cuales se hallan inmersos en espacios rodeados de inmensos vacíos, lo que representa una densidad promedio de la materia de que estamos constituidos y también la que constituye todo nuestro entorno terrenal del orden de unos cuantos gramos por centímetro cúbico. Ahora bien, comparando la materia que para nosotros es la normal con la que forma una estrella de neutrones, encontramos que en la que constituye la estrella se ha eliminado el vacío entre los núcleos, aglomerándose aprisionadamente unos con otros densificando la materia. Debido a la masa total, la fuerza de gravedad incrementa aun más la aglomeración nuclear, compactificando severamente a la materia, la que alcanza en el centro de la estrella de neutrones una densidad varias veces superior a la densidad nuclear.

Sin embargo, eso sí, debemos considerar que una estrella de neutrones no comportan la misma densidad en las diferentes secciones en que se aloja la materia. La capas de materia que se encuentran cercanas a la superficie tienen densidades más bajas. Si la estrella tuviese una atmósfera, su densidad sería de unos cuantos miligramos por centímetro cúbico, pero al ir internándonos hacia sus entrañas la densidad va creciendo rápidamente. No es extraño que en la superficie de ella se encuentren átomos semejantes a los que hay en la Tierra, pero en la medida que se incrementa la densidad los electrones no pueden quedarse moviendo ligados al núcleo: se liberan de la atracción eléctrica del núcleo y la materia se ioniza totalmente. Una materia así, muy densa, está estructurada por dos componentes fundamentales: los núcleos atómicos y los electrones. Los electrones se conducen igual que un denso gas. Por su parte, los núcleos se comportan como una gas de baja densidad, pero cuando ésta se incrementa se van formando líquidos y, luego, sólidos (cristales). Finalmente, en las profundidades de la entraña de la estrella de neutrones, donde la densidad es altísima, los núcleos se aglomeran unos con otros reduciendo el espacio entre ellos a cero vacío, formando un núcleo estelar semejante a una "sopa" de neutrones, protones, y electrones.
Es posible que sobre lo que hemos escrito hasta aquí, en las diferentes separatas sobre las estrellas de neutrones, a más de algún lector le puede parecer que las descripciones vertidas sean nada más que pura teoría o especulación de algunos científico, ya que el hombre jamás ha pisado o tocado una estrella de este tipo o de otro y, seguramente, nunca lo pueda hacer. Pero las investigaciones experimentales de laboratorio sobre el comportamiento de la materia sometida a diferentes ambientes y las observaciones que se han podido realizar a este tipo de astro estarían, una vez más, confirmando las ideas de los teóricos y las experiencias de los físicos experimentales con la realidad observada.

Las observaciones astronómicas de estrellas de neutrones no han ido permitiendo confirmar parte de lo que se suponía que podía ser su naturaleza másica y, a futuro, quizá dilucidar cuál es la característica definitiva de su interior entrañado, donde la materia debe adquir condiciones de densidad imposible de reproducir en laboratorios en la Tierra.

DE LA MASA

Las observaciones han permitido hacer mediciones de la masa de las estrellas de neutrones. Los modelos teóricos preexistentes señalan un valor máximo que puede comportar una estrella de este tipo, lo que implica que una estrella que sobrepasa en su composición másica ese valor, su colapso final no se detendría en una estrella de neutrones sino que en un agujero negro, ya que no habría nada que pudiera oponerse a la opresión gravitatoria. La masa de estrellas de neutrones que a través de la observación se han podido medir con precisión en todas bordea a 1,4 la masa del Sol, aunque se han hecho estimaciones de que algunas de estas estrellas podrían acercarse a las 2M, pero nada sobre el último guarismo está cerca de la certeza dura. En consecuencia, por ahora, nada impide seguir aceptando la vigencia teórica sobre el desenlace final de la vida de una estrella en función de la magnitud de su masa.

DE LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN

La velocidad de rotación de las estrellas de neutrones que se halla predeterminada en los distintos modelos teóricos, es otra de las cuestiones coincidentes con la observación. Se conocen, hasta ahora, dos pulsares con un período de rotación de 1,6 milisegundo, es decir, que rotan más de seiscientas vueltas por segundo. A esa velocidad de rotación, la fuerza centrífuga puede llegar a superar a la de gravedad y producir la eyección de materia desde el ecuador de la estrella, pero ello todavía está lejos de contradecir a los modelos teóricos que, al igual que propugnan una masa tolerada para distintos eventos estelares, también estiman una velocidad máxima de rotación para una estrella de neutrones. Sólo en el caso de que se hallara un púlsar con una velocidad de rotación inferior al milisegundo, es decir, dando más de mil vueltas por segundo, recién estaríamos en presencia de un objeto cuyo comportamiento está fuera de las actuales descripciones teóricas.

DEL ENFRIAMIENTO

El satélite ROSAT ha logrado detectar emisiones térmicas de superficie de varios pulsares. Ello ha permitido medir la temperatura de estos objetos y, a su vez, poder hacer las comparaciones correspondientes con las estimaciones de modelos teóricos de evolución térmica. Las estrellas de neutrones nacen desde supernovas comportando una temperatura del orden de 1011K y entran a un proceso de enfriamiento debido a la emisión de neutrinos que se genera desde sus núcleos y de la radiación térmica que se da en sus superficies. Pese a que la emisión de neutrinos es una cuestión sustancialmente sensible al tipo de partículas que cohabitan el núcleo de una estrella, no obstante la predicciones de los modelos térmicos, hasta ahora, no han sido arrinconadas por las evidencias observacionales, aunque existen posibilidades de que hayan necesidades de corrección

De la imaginación de los teóricos nació la idea de las estrellas de neutrones. Pero los físicos teóricos sabían también que el decenlase último estelar como de enanas blancas o estrellas de neutrones, para estrellas con masas aun mayores, era insuficiente para impedir que el desplome del masivo objeto continuara. Según los datos de que disponían, no había nada que contrarrestara el ímpetu de las tremendas fuerzas gravitatorias que oprimen a un objeto de gran masa en su etapa de colapso. Pero tenía que pasar algo. Y lo que pasa, según los teóricos, es que se forma un agujero negro, en el que el espacio y el tiempo se colapsan, y se crea uno de los más increíbles objetos cósmicos.

Fuente: http://www.blogger.com/post-create.g?blogID=3465732447641758916

1 comentario:

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