Las estrellas de neutrones son los cadáveres estelares que se dejan cuando una estrella masiva se convierte en supernova. Son inimaginablemente densos: Una cucharada de estrella de neutrones colocada en la superficie de la Tierra pesaría aproximadamente tanto como el Monte Everest (mientras que una cucharada de sol pesaría tan poco como unas 5 libras).

Y aunque el rango de masa de las estrellas de neutrones ha estado relativamente bien limitado a lo largo de los años, ha sido más difícil determinar con precisión cuán anchas son. La mayoría de los astrónomos, sin embargo, piensan que la masa está empaquetada en una esfera tan grande como una ciudad.

Ahora, un nuevo estudio ha combinado mediciones de ondas gravitacionales con otras técnicas para colocar las mejores restricciones hasta ahora en su tamaño. La estimación sugiere que una estrella de neutrones típica tiene aproximadamente 13,7 millas de diámetro. Ese tamaño tiene implicaciones interesantes para lo que sucede cuando se acercan demasiado a otro de los objetos más misteriosos del cosmos: los agujeros negros. Los resultados del nuevo tamaño indican que un agujero negro puede tragar una estrella de neutrones entera en muchas circunstancias, dejando poca evidencia que los astrónomos de la Tierra puedan descubrir con telescopios convencionales.

Cómo se forman las Estrellas de Neutrones

Las estrellas masivas explotan cuando agotan sus gases utilizados para la fusión nuclear. A medida que un estallido violento de material estalla en todas direcciones, lo que queda se condensa en una estrella de neutrones. Si una estrella es lo suficientemente masiva, el remanente puede condensarse aún más en un agujero negro.

Pero las estrellas solitarias como nuestro sol están en minoría en nuestro universo. La mayoría de las estrellas existen en múltiples sistemas. Y cuando dos grandes estrellas evolucionan una al lado de la otra, estos sistemas solares alienígenas pueden terminar con dos estrellas de neutrones, dos agujeros negros, o uno de cada uno. En los últimos años, los astrónomos han comenzado a detectar estos sistemas gracias a las ondas gravitacionales lanzadas cuando la muerte se hace espiral entre sí. Así es como los astrónomos han hecho recientemente una medición extremadamente precisa del tamaño de una estrella de neutrones.

En 2017, el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) en los Estados Unidos y el detector Virgo en Italia captaron una señal de onda gravitacional que implicaba que dos estrellas de neutrones habían colisionado a unos 120 millones de años luz de distancia. Poco después, los observatorios tradicionales comenzaron a ver la colisión en longitudes de onda electromagnéticas. Esas detecciones llevaron a una visión sin precedentes de la masa y el giro de los objetos.

Tamaño de estrellas de neutrones

Un equipo dirigido por investigadores del Instituto Albert Einstein (AEI) en Alemania tomó esas observaciones y luego las combinó con modelos de cómo se comportan las partículas subatómicas en las condiciones extremadamente densas dentro de las estrellas de neutrones. Si bien es imposible recrear tales condiciones en laboratorios en la Tierra, los físicos demostraron que podían usar la teoría existente para extrapolar sus cálculos de las escalas más pequeñas a lo que está sucediendo en estrellas de neutrones distantes.

Sus resultados sugieren que las estrellas de neutrones deben tener entre 13 y 15 millas de diámetro. Y una estrella de neutrones típica debería tener unas 13,7 millas de ancho. Las estimaciones imponen restricciones más estrictas sobre el tamaño de las estrellas de neutrones que los estudios anteriores.

«Las estrellas de neutrones contienen la materia más densa del universo observable», dijo Collin Capano, investigador de AEI y autor del estudio, en un comunicado de prensa. «De hecho, son tan densas y compactas que se puede pensar en toda la estrella como un único núcleo atómico, a escala del tamaño de una ciudad. Al medir las propiedades de estos objetos, aprendemos sobre la física fundamental que gobierna la materia a nivel subatómico.»

Tragado por un Agujero Negro

Ese diminuto diámetro es lo suficientemente pequeño como para que una estrella de neutrones orbitando en tándem con un agujero negro pueda incluso tragarse por completo cuando se acerca demasiado. Los astrónomos han estado observando ansiosamente las colisiones de estrellas de neutrones y agujeros negros. Esperaban que estas fusiones emitieran una fuerte radiación electromagnética, el tipo de luz visible por los observatorios típicos de la Tierra.

Sin embargo, si la estrella de neutrones no se tritura cuando las dos se fusionan, entonces no se emitiría luz que los telescopios terrestres pudieran detectar, según el nuevo estudio. Al mismo tiempo, es probable que los detectores de ondas gravitacionales no sean capaces de distinguir entre la fusión de agujeros negros y una fusión mixta.

«Hemos demostrado que en casi todos los casos, la estrella de neutrones no será desgarrada por el agujero negro y más bien tragada entera», dijo Capano. «Solo cuando el agujero negro es muy pequeño o gira rápidamente puede interrumpir la estrella de neutrones antes de tragarla; y solo entonces podemos esperar ver algo más que ondas gravitacionales.»

Los astrónomos no deberían tener que esperar demasiado para averiguar si esta idea es correcta. Los detectores gravitacionales del mundo crecerán cada vez más poderosos en los próximos años. Si las colisiones estrella-agujero negro de neutrones resultan más raras de lo esperado, al menos sabrán por qué.

Los resultados se publicaron el 9 de marzo en la revista Nature Astronomy.