Las estrellas de quarks son, desde el punto de vista teórico, objetos que se encuentran a mitad de camino de las estrellas de neutrones y los agujeros negros

Muchos astrónomos las consideran “exóticas” y hasta “fantásticas” porque aún no se ha encontrado ningún ejemplar en el Universo que cumpla con todos los rasgos de una estrella llena de quarks. Sin embargo, se cree que varias estrellas de neutrones que conocemos podrían ser realmente estrellas de quarks.

Como por ejemplo, un astro recién descubierto que está en el que alguna vez fue el centro de una supernova llamada HESS J1731-347. 

¿Una estrella de neutrones y quarks?

Recreación de la estrella de neutrones / Créditos: Plustatic

Según todos los informes, parece ser otra estrella de neutrones. Esto debido a que dentro de ella no tienen lugar reacciones de fusión nuclear, pues no hay núcleos atómicos libres que lo permitan. Es básicamente una estrella muerta que está perdiendo su brillo a 10.000 años luz de distancia.

Aunque hay algo en ella poco común: su tamaño. Las estrellas de neutrones usualmente miden de 1,17 a 4,5 veces más que la masa del Sol. Esto debido a que son el sobrante que queda después de que una estrella masiva de 8 a 30 veces la masa del Sol llega al final de su vida. Sin embargo, esta estrella recién descubierta en la región HESS J1731-347 no supera el tamaño del Sol. Siendo precisos, mide solo 10,4 kilómetros, lo que la convierte en una estrella diminuta y comprimida.

Las estrellas de quarks son los objetos más densos en todo el Universo desde el punto de vista teórico. Así que los astrónomos creen que esta nueva estrella de neutrones podría tener en realidad un nucleo de quarks.

A raíz de esto, ha surgido una pregunta importante en la comunidad científica: ¿cómo se forman las estrellas de quarks? 

Como son objetos tan exóticos, la duda es razonable. Pero las estrellas de quarks se forman de manera similar a las estrellas de neutrones: por la pérdida de energía y la posterior supernova. De allí que sea tan difícil discernir si una estrella de neutrones tiene o no quarks del tipo u, d y s.

La formación de las estrellas de neutrones se puede resumir en dos fases

Los quarks / Créditos: teoríasobrefísica

Primero, la secuencia principal: cuando las estrellas pierden energía. Todos los astros generan reacciones químicas con el hidrógeno que abunda en el espacio para mantener la temperatura de su núcleo. Pero, con el tiempo, esas reacciones van formando elementos cada vez más pesados de los que no es posible extraer energía. Como por ejemplo, el hierro.

Cuando núcleo de hierro no puede soportar la presión externa de una estrella, acaba colapsando sobre sí mismo. Es por esto que se forman las supernovas.

El subproducto de una supernova suele ser una estrella de neutrones. Esto debido a que los núcleos atómicos de la estrella se aplastan con la presión de la explosión, y los electrones se ven obligados a intimar más con los protones hasta convertirse en neutrones. Esta es la segunda y última fase, conocida como secuencia final.

Como vemos, en ninguna parte se menciona a los quarks. Sin embargo, los científicos creen que durante la secuencia final también se forman núcleos de quark en algunas estrellas en lugar de simples núcleos de neutrones. Básicamente, porque las partículas quarks también están constituidas por electrones y un núcleo con protones y neutrones.  

La teoría sugiere que, en un entorno extremadamente comprimido dentro de una estrella de neutrones, las partículas subatómicas se descomponen en sus quarks constituyentes. Por lo tanto, es posible que esta estrella en HESS J1731-347 haya pasado por ese proceso.

“Una estrella masiva se convierte en una estrella de neutrones al final de su vida. Una estrella más pesada se convierte en un agujero negro. Entonces, una estrella más pequeña podría convertise en una estrella de quarks”.

Victor Doroshenko, astrónomo en el Instituto de Astronomía y Astrofísica

Los físicos han estado buscando objetos con partículas subatómicas durante décadas. Así que, aunque todavía no es seguro, puede que estemos viendo a la primera estrella “exótica” del Universo conocido.

Referencias:

Mysterious Object May Be a ‘Strange Star’ Made Out of Quarks, Scientists Say https://www.sciencealert.com/mysterious-object-may-be-a-strange-star-made-out-of-quarks-scientists-say 

A strangely light neutron star within a supernova remnant https://doi.org/10.1038/s41550-022-01800-1

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