Los científicos han obtenido su mejor medida del tamaño y contenido de una estrella de neutrones, un objeto ultradenso que contiene la materia más extraña y rara del Universo.
Esta medición puede conducir a una mejor comprensión de los componentes básicos de la naturaleza: protones, neutrones y sus quarks constituyentes, ya que se comprimen dentro de la estrella de neutrones a una densidad de billones de veces mayor que en la Tierra.
El Dr. Tod Strohmayer del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y su colega, Adam Villarreal, un estudiante graduado de la Universidad de Arizona, presentan estos resultados hoy durante una conferencia de prensa basada en la web en Nueva Orleans en la reunión de División de Astrofísica de Alta Energía de la Sociedad Astronómica Americana.
Dijeron que su mejor estimación del radio de una estrella de neutrones es de 7 millas (11.5 kilómetros), más o menos un paseo por el Barrio Francés. La masa parece ser 1,75 veces la del Sol, más masiva de lo que predicen algunas teorías. Hicieron sus mediciones con Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA y archivaron datos de rayos X
La relación largamente buscada entre el radio de masa define la relación de densidad interna y presión de la estrella de neutrones, la llamada ecuación de estado. Y esto, a su vez, determina qué tipo de materia puede existir dentro de una estrella de neutrones. Los contenidos ofrecen una prueba crucial para las teorías que describen la naturaleza fundamental de la materia y la energía y la fuerza de las interacciones nucleares.
"Realmente nos gustaría tener en nuestras manos las cosas en el centro de una estrella de neutrones", dijo Strohmayer. "Pero como no podemos hacer eso, se trata de la siguiente mejor opción. Una estrella de neutrones es un laboratorio cósmico y ofrece la única oportunidad de ver los efectos de la materia comprimida a tal grado ".
Una estrella de neutrones son los restos centrales de una estrella una vez más grande que el Sol. El interior contiene materia bajo fuerzas que quizás existieron en el momento del Big Bang pero que no pueden duplicarse en la Tierra. La estrella de neutrones en el anuncio de hoy es parte de un sistema estelar binario llamado EXO 0748-676, ubicado en la constelación Volans o Flying Fish, a unos 30,000 años luz de distancia, visible en los cielos del sur con un gran telescopio de jardín.
En este sistema, el gas de una estrella compañera "normal" cae sobre la estrella de neutrones, atraída por la gravedad. Esto desencadena explosiones termonucleares en la superficie de la estrella de neutrones que iluminan la región. Tales ráfagas a menudo revelan la velocidad de giro de la estrella de neutrones a través de un parpadeo en la luz de rayos X emitida, llamada oscilación de estallido. (Consulte los puntos 1 a 6 para conocer el concepto de artista de este proceso. Puede encontrar una película y un pie de foto detallado en la columna azul a la derecha).
Los científicos detectaron una frecuencia de oscilación de ráfaga de 45 hertzios, que corresponde a una velocidad de giro de la estrella de neutrones de 45 veces por segundo. Este es un ritmo pausado para las estrellas de neutrones, que a menudo se ven girando más de 300 veces por segundo.
Los científicos luego capitalizaron las observaciones de EXO 0748-676 con el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea de 2002, dirigido por el Dr. Jean Cottam de la NASA Goddard. El equipo de Cottam había detectado líneas espectrales emitidas por gas caliente, similar en apariencia a las líneas de un cardiograma. Estas líneas tenían dos características. Primero, fueron Doppler desplazados. Esto significa que la energía detectada era un promedio de la luz girando alrededor de la estrella de neutrones, alejándose de nosotros y luego hacia nosotros. En segundo lugar, las líneas se desplazaron gravitacionalmente hacia el rojo. Esto significa que la gravedad atrajo la luz mientras intentaba escapar de la región, robando un poco de su energía.
Strohmayer y Villarreal determinaron que la frecuencia de 45 hertz y los anchos de línea observados a partir del desplazamiento Doppler son consistentes con un radio de estrella de neutrones entre 9.5 y 15 kilómetros, con la mejor estimación en 11.5 kilómetros. La relación entre la frecuencia de estallido, el desplazamiento Doppler y el radio es que la velocidad del gas girando alrededor de la superficie de la estrella depende del radio de la estrella y su velocidad de giro. En esencia, un giro más rápido corresponde a una línea espectral más amplia (una técnica similar a la forma en que un policía estatal puede detectar automóviles a alta velocidad).
La medición de desplazamiento al rojo gravitacional del equipo de Cottam ofreció la primera medida de una relación de masa-radio, aunque sin el conocimiento de una masa y un radio. Esto se debe a que el grado de desplazamiento hacia el rojo (fuerza de gravedad) depende de la masa y el radio de la estrella de neutrones. Algunos científicos habían cuestionado esta medida, porque las líneas espectrales detectadas parecían demasiado estrechas. Los nuevos resultados fortalecen la interpretación del desplazamiento al rojo gravitacional de las líneas espectrales del equipo de Cottam (y, por lo tanto, la relación masa-radio) porque una estrella de giro más lento puede producir fácilmente líneas relativamente estrechas.
Entonces, cada vez más seguros de la relación masa-radio y ahora conociendo el radio, los científicos pudieron calcular la masa de la estrella de neutrones. El valor estaba entre 1.5 y 2.3 masas solares, con la mejor estimación en 1.75 masas solares.
El resultado respalda la teoría de que la materia en la estrella de neutrones en EXO 0748-676 está tan apretada que casi todos los protones y electrones se exprimen en neutrones, que giran como un superfluido, un líquido que fluye sin fricción. Sin embargo, el asunto no está tan apretado que los quarks se liberan, una llamada estrella de quark.
"Nuestros resultados realmente están comenzando a presionar la ecuación de estado de la estrella de neutrones", dijo Villareal. “Parece que las ecuaciones de estado que predicen estrellas muy grandes o muy pequeñas están casi excluidas. Quizás más emocionante es que ahora tenemos una técnica de observación que debería permitirnos medir las relaciones de radio de masa en otras estrellas de neutrones ".
Una misión de la NASA propuesta, llamada Constellation X-ray Observatory, tendría la capacidad de realizar tales mediciones, pero con mucha mayor precisión, para varios sistemas de estrellas de neutrones.
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
