Una estrella de neutrons mesura només 22 quilòmetres de diàmetre

Com és de gran una estrella de neutrons?

Aquestes estrelles col·lapsades  ultradenses són força petites pel que fa a objectes estel·lars. Tot i que contenen la massa d’una estrella sencera, la seva mida sovint es compara amb l’amplada d’una ciutat de mida mitjana a gran.

Durant anys, els astrònoms han situat la mesura de les estrelles de neutrons entre els 19 i els 27 km. Això és bastant precís, donades les distàncies i les característiques de les estrelles de neutrons. Però els astrònoms han estat treballant per reduir-ho fins a una mesura encara més precisa.

Un equip internacional d’investigadors de l’Institut Max Planck de Física Gravitacional, l’Albert Einstein Institute (AEI), utilitzant dades de diversos telescopis i observatoris, han reduït les estimacions de la mida d’estrelles de neutrons a un marge de +-2km.

“Trobem que la típica estrella de neutrons, que és aproximadament 1,4 vegades més pesada que el nostre Sol, té un radi d’uns 11 quilòmetres”, va dir Badri Krishnan, que va dirigir l’equip de recerca a l’AI Hanovra. “Els nostres resultats limiten que el radi es troba entre 10,4 i 11,9 quilòmetres”. Això és un diàmetre d’entre 20,8 i 23,8 km.

L’objectiu de l’estudi d’aquest equip és força conegut: la fusió d’estrelles de neutrons  binàries GW170817 que va crear les ones gravitacionals detectades el 2017 pel LIGO (Laser-Interferometer  Gravitational  Wave  Observatory) i el consorci Virgo. Aquest objecte ha estat estudiat diverses vegades per múltiples telescopis, incloent-hi el satèl·lit Fermi, el telescopi espacial Hubble i altres telescopis i observatoris de tot el món. Totes aquestes observacions van proporcionar a l’equip de Max Planck un conjunt de dades amb el qual treballar.

“Les fusions d’estrelles de neutrons binàries són una mina d’or d’informació!” va dir Collin Capano, investigador de l’AEI Hannover i autor principal d’un article publicat a Nature Astronomy. “Les estrelles de neutrons contenen la matèria més densa de l’univers observable. … Mesurant les propietats d’aquests objectes, coneixem la física fonamental que regeix la matèria a nivell subatòmic “.

Les estrelles de neutrons es formen quan una estrella massiva es queda sense combustible i col·lapsa. La part central de l’estrella -el nucli- col·lapsa, aixafant tots els protons i electrons en un neutró. Si el nucli de l’estrella que s’esfondra es troba entre aproximadament 1 i 3 masses solars, aquests neutrons de nova creació poden aturar el col·lapse, deixant una estrella de neutrons.

Les estrelles amb masses encara més elevades continuaran col·lapsant-se en forats negres de massa estel·lar.

Però el col·lapse en una estrella de neutrons crea l’objecte més dens conegut: De nou, un objecte amb la massa d’un sol aixafat fins a la mida d’una ciutat. I probablement heu sentit aquesta altra comparació abans, però val la pena repetir-ho per la dramatúrgia que té: Un cub de sucre de material d’estrella de neutrons pesaria al voltant d’un bilió de kilograms (o mil milions de tones) a la Terra, aproximadament tant com l’Everest.

L’equip d’investigació va utilitzar un model basat en la comprensió fonamental de com interactuen les partícules subatòmiques a les altes densitats que es troben dins de les estrelles de neutrons. Però, ja que la mida d’altres estrelles pot variar àmpliament, no pot variar també la mida d’estrelles de neutrons? El radi esmentat en aquest estudi és per a una estrella de neutrons que té una massa 1,4 vegades la del nostre Sol.

“Es tracta d’una massa fiduciària que s’utilitza normalment en la literatura perquè gairebé totes les estrelles de neutrons que s’han observat en un binari tenen una massa propera a aquest valor”, comenta Capano. “La raó per la qual utilitzem GW170817 per estimar el radi d’1,4 estrelles de massa solar neutra és que esperem que gairebé totes les estrelles de neutrons estiguin fetes del mateix material.”

“Per a altres estrelles “regulars”, la relació entre la seva massa i el seu radi depèn de diverses variables, com ara l’element que l’estrella està fusionant en el seu nucli”, va explicar Capano.

“Les estrelles de neutrons, en canvi, són tan compactes i denses, que no hi ha àtoms realment separats; l’estrella sencera és bàsicament un nucli atòmic gegant, format gairebé totalment de neutrons agrupats. Per això, no es pot pensar que les estrelles de neutrons es componguin d’elements diferents. De fet, “element” no té cap sentit en aquestes densitats, ja que el que defineix un element és el nombre de protons que té en els seus àtoms constituents.”

“Com que tots els neutrons estan fets de les mateixes “coses” (quarks, mantinguts junts per gluons), els astrònoms esperen que hi hagi un relació universal entre la massa i el radi que es pugui aplicar a totes les estrelles de neutrons.”

“Així, quan citem la possible mida d’estrelles de neutrons amb 1,4 masses solars, el que fem és restringir les possibles lleis físiques que descriuen el món subatòmic”.

Tal com l’equip descriu al seu treball, els seus resultats i processos també es poden aplicar a l’estudi d’altres objectes astronòmics, com ara els púlsars, els magnetars i fins i tot la forma en què s’emeten ones gravitacionals per proporcionar detalls de què està creant aquestes ones.

“Aquests resultats són apassionants, no només perquè hem pogut millorar les mesures del radi de les estrelles de neutrons, sinó perquè ens obre una finestra al destí final de les estrelles de neutrons en combinacions binàries”, va comentar  Stephanie  Brown, coautor de la publicació i estudiant de doctorat a l’AEI Hannover.

Font: universetoday.com