Estrellas de neutrones: los astros más extremos que no son agujeros negros

Las estrellas de neutrones son uno de los  fenómenos más extremos y violentos del universo. Con un núcleo atómico gigante de pocos kilómetros  de diámetro, tienen tanta masa como las estrellas. Y deben su existencia a la  muerte de algo majestuoso.

Las estrellas existen gracias  a un frágil equilibrio. Una masa de miles de billones de billones de  toneladas de plasma caliente que la gravedad atrae hacia el centro y comprime con  tanta fuerza que los núcleos se fusionan. El hidrógeno se fusiona en helio, lo que libera energía que contrarresta a la gravedad e intenta escapar.

Siempre que exista este equilibrio, las estrellas serán bastante estables, aunque, al final, el hidrógeno terminará agotándose. Las estrellas de tamaño mediano como el Sol pasan por una fase gigante, en la que el helio  se quema transformándose en carbono y oxígeno, hasta convertirse en enanas blancas. Pero en las estrellas con una masa mucho mayor que la del Sol, al agotarse  el helio, la cosa se pone interesante.

Durante un momento, el equilibrio entre presión  y radiación se rompe y gana la gravedad, que comprime la estrella con más fuerza que antes. El núcleo arde a más temperatura y más deprisa, mientras que las capas más externas  se expanden cientos de veces y se fusionan elementos cada vez más pesados: durante siglos, el carbón arde y se convierte en neón, el neón se transforma en oxígeno en  un año, el oxígeno en silicio en meses y el silicio en hierro en un día. Después llega la muerte.

El hierro son las cenizas del núcleo. No tiene  energía que dar y no puede fusionarse. La fusión se detiene de repente y el equilibrio se acaba.

Sin la presión externa de la fusión, el enorme peso de la estrella  que rodea el núcleo lo aplasta. Y entonces sucede algo asombroso y espeluznante. Aunque electrones y protones odian estar juntos, como la presión de la estrella es tan  grande mientras colapsa se fusionan y forman neutrones que, a continuación, quedan  tan comprimidos como en el núcleo de los átomos.

Una esfera de hierro del tamaño de  la Tierra comprimida en una esfera de pura materia nuclear del tamaño de una ciudad. Pero no solo implosiona el núcleo, también  lo hace el resto de la estrella, mientras la gravedad succiona las capas exteriores  a un cuarto de la velocidad de la luz. Esta implosión hace que el núcleo de hierro  rebote y genere una onda que explota hacia afuera y catapulta el resto de la estrella  al espacio.

Este fenómeno recibe el nombre de explosión de supernova y eclipsa galaxias enteras. Lo que queda ahora es una estrella de neutrones, con una masa de un millón de veces  la Tierra, pero comprimida en un objeto de unos 25 kilómetros de diámetro. Es tan densa que un centímetro cúbico de materia de estrella de neutrones equivaldría  a la masa de todos los seres humanos vivos.

Más o menos mil millones de toneladas,  en el espacio de un terrón de azúcar. O, dicho de otro modo, el  Everest en una taza de café. Desde el exterior, una estrella de  neutrones es un extremo increíble.

Su gravedad es enorme, casi la de un agujero  negro. Un poco más densa, y se volvería uno. Como la luz se curva a su alrededor, además  del frontal, se pueden ver partes del dorso.

Su superficie alcanza el millón de grados Celsius,  no como nuestro Sol que solo llega a los 6000. Bien, bibiseccionemos una. Aunque estos núcleos atómicos gigantes son estrellas, su corteza sólida  sobre un núcleo líquido hace que también se parezcan mucho a los planetas.

La corteza es extremadamente dura y las capas más externas son de restos de hierro  de la supernova, comprimidos en un entramado cristalino por el que fluye un mar de electrones. Más al interior, la gravedad comprime aún más los núcleos y apenas hay protones puesto  que la mayoría se han fusionado en neutrones. Al alcanzar la base de la corteza vemos que los núcleos están tan comprimidos que empiezan a tocarse.

Protones y neutrones se  reorganizan y forman grandes cilindros o sábanas, con núcleos enormes de millones de protones  y neutrones en forma de espaguetis y lasaña. Es a lo que los físicos llaman "pasta nuclear", tan densa que quizás sea el material más fuerte del universo, básicamente inquebrantable. Los pegotes de pasta dentro de una estrella de neutrones pueden llegar a formar montañas  de, como mucho, unos centímetros, pero con una masa equivalente a numerosos Himalayas.

Y, por fin, bajo la pasta, encontramos el núcleo. Las propiedades de la materia cuando se  comprime tantísimo son inciertas. Puede que protones y neutrones estén disueltos en un océano  de cuarks, el denominado plasma de cuarks-gluones.

Algunos de esos cuarks podrían volverse  "cuarks extraños" y constituir una especie de "materia extraña", con unas propiedades tan  extremas que les hemos dedicado su propio video. O simplemente permanecen  como protones y neutrones. Nadie lo sabe con certeza, y ese es el motivo de  la investigación científica.

Es una materia muy densa, literalmente, así que volvamos al espacio. Cuando las estrellas de neutrones colapsan, comienzan a girar muy, muy rápido, como bailarinas  con los brazos cruzados. Las estrellas de neutrones son bailarinas celestiales  que giran muchas vueltas por segundo.

Esto crea "pulsos" porque su campo magnético  genera un haz de ondas de radio con cada vuelta. Estos púlsares de radio son el  tipo de estrella de neutrones más conocido. Hay unas 2000 en la Vía Láctea.

Al nacer, estos campos magnéticos son los más fuertes del universo, un trillón de  veces más fuertes que los de la Tierra y reciben el nombre de magnetares  hasta que se calman un poco. Pero, sin duda, las mejores estrellas  de neutrones son las que se hacen amigas de otras estrellas de neutrones. Al radiar energía como ondas gravitacionales, olas del espacio-tiempo, sus órbitas pueden  deteriorarse, colapsar y matarse entre sí, con una explosión de kilonova que  escupe gran parte de sus tripas.

Al hacerlo, sus condiciones se  vuelven tan extremas que por un momento se crean otra vez núcleos pesados. Ahora no es que la fusión vuelva a juntar los núcleos, sino que la materia riquísima  en neutrones se separa y reorganiza. No se ha descubierto hasta hace poco  que este es seguramente el origen de los elementos más pesados del universo como  el oro, el uranio, el platino y muchos más.

Después, nuestras dos estrellas de  neutrones colapsan, se transforman en un agujero negro y vuelven a morir. No solo deben morir para crear elementos, sino que han de hacerlo dos veces. Durante millones de años estos átomos se mezclarán y volverán a la galaxia, pero  algunos acabarán en una nube que la gravedad mantendrá unida para formar estrellas  y planetas, y se repetirá el ciclo.

Nuestro sistema solar es un ejemplo  al que rodean los restos de esas estrellas de neutrones que existieron antes. Toda nuestra moderna tecnología está fabricada con elementos de estrellas de neutrones que  se formaron eones atrás y que enviaron estos átomos en un viaje de 13 000 millones de años  para que se unieran y formaran nuestro mundo. ¡Es fascinante!