Un equipo de investigadores ha establecido recientemente una relación fundamental sobre la compacidad máxima que pueden alcanzar estos objetos celestes. Al analizar decenas de miles de ecuaciones de estado diferentes, que describen las condiciones de presión y densidad en el interior de las estrellas de neutrones, los científicos han descubierto un límite inesperado. Este descubrimiento abre el camino a pruebas experimentales que permiten verificar las propiedades de la materia nuclear en condiciones extremas, imposibles de reproducir en laboratorios terrestres.
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La dificultad principal en el estudio de las estrellas de neutrones reside en la imposibilidad de medir directamente su radio con precisión. Aunque su masa puede determinarse con gran exactitud, su pequeño tamaño y su lejanía hacen que las observaciones directas sean particularmente difíciles. Luciano Rezzolla, profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Fráncfort, explica que esta limitación impide a los científicos comprender plenamente la naturaleza de la materia que compone estos extraordinarios objetos celestes.
Los investigadores han constatado que la relación entre la masa y el radio de una estrella de neutrones nunca puede superar el valor de 1/3. Esta relación universal, válida para todas las ecuaciones de estado concebibles, permite establecer un límite inferior para el radio de estos objetos. Así, para una estrella de neutrones de masa conocida, ahora podemos afirmar que su radio debe ser al menos tres veces mayor que su masa expresada en unidades geometrizadas.
Este descubrimiento se basa en los principios de la cromodinámica cuántica, la teoría que describe la interacción fuerte responsable de la cohesión de las partículas subatómicas. Los investigadores han demostrado que esta teoría fundamental deja una huella discernible en la estructura interna de las estrellas de neutrones. Cualquier violación observada de esta relación de compacidad cuestionaría nuestra comprensión actual de las leyes fundamentales que rigen el Universo a escala subatómica.
Las perspectivas de verificación experimental de esta relación teórica son particularmente prometedoras. Instrumentos como el experimento NICER en la Estación Espacial Internacional, así como los detectores de ondas gravitacionales, podrían permitir pronto medir con precisión el radio de las estrellas de neutrones. La detección de eventos como la fusión de estrellas de neutrones observada en 2017 ofrece oportunidades únicas para probar estas predicciones teóricas y profundizar nuestro conocimiento de la física extrema.
La cromodinámica cuántica y las estrellas de neutrones
La cromodinámica cuántica representa una de las teorías fundamentales de la física de partículas. Describe cómo la interacción fuerte, mediada por partículas llamadas gluones, mantiene unidos los quarks para formar los protones y neutrones que constituyen la materia ordinaria.
En el contexto de las estrellas de neutrones, esta teoría adquiere una dimensión particular. Las condiciones extremas de presión y densidad que reinan en el núcleo de estos objetos celestes podrían permitir la aparición de formas exóticas de materia. Los quarks, normalmente confinados dentro de los neutrones, podrían adquirir cierta libertad de movimiento.
La aplicación de los principios de la cromodinámica cuántica al estudio de las estrellas de neutrones permite establecer un vínculo entre la física de partículas elementales y la astrofísica. Los investigadores utilizan esta teoría para predecir el comportamiento de la materia nuclear en condiciones que no pueden reproducirse en laboratorio.
La verificación experimental de las predicciones de la cromodinámica cuántica en el contexto de las estrellas de neutrones constituiría un avance mayor para nuestra comprensión del Universo. Permitiría validar o refutar ciertas hipótesis sobre el comportamiento de la materia en condiciones de densidad extrema.