Explorando el corazón de una estrella de neutrones        

Por: University of Illinois Urbana-Champaign.

03 de marzo de 2026

Representación de un par de estrellas de neutrones durante una espiral. Cada estrella ejerce fuerzas de marea sobre su vecina, lo que deforma y excita patrones de frecuencia internos, dejando huellas en las ondas gravitacionales emitidas. Crédito de la imagen: Abhishek Hegade y Nicolás Yunes, generada con OpenAI ChatGPT Pro.

        Las estrellas de neutrones albergan algunos de los entornos más extremos del Universo: sus densidades son varias veces superiores a las de los núcleos atómicos y poseen algunos de los campos gravitacionales más intensos de cualquier objeto conocido, superados únicamente por los agujeros negros. Observadas por primera vez en la década de 1960, gran parte de su composición interna aún se desconoce. Los científicos están empezando a considerar las ondas gravitacionales emitidas por espirales binarias de estrellas de neutrones (pares de estrellas de neutrones que orbitan mutuamente) como posibles fuentes de información sobre su interior.

        Físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, junto con colegas de la Universidad de California en Santa Bárbara, la Universidad Estatal de Montana y el Instituto Tata de Investigación Fundamental de la India, han logrado un importante avance teórico al comprender cómo las estrellas de neutrones binarias en espiral responden a las fuerzas de marea, un paso clave para dilucidar la composición de las estrellas de neutrones. El equipo ha demostrado que las respuestas de marea dependientes del tiempo de dichas estrellas pueden describirse en términos de su comportamiento oscilatorio, o modos, extendiendo un resultado análogo de la gravedad newtoniana al contexto relativista.

        Como su nombre indica, las estrellas de neutrones están compuestas en parte por neutrones, que se forman cuando protones y electrones se comprimen a presiones tan altas que prácticamente se fusionan. Pero los neutrones no lo son todo. Las principales teorías sugieren que los elementos pesados, los electrones libres y los protones libres también son componentes significativos. Algunos incluso sospechan que las fases superfluidas y superconductoras cuánticas surgen en las capas más profundas. Sin embargo, estas conjeturas son difíciles de verificar, y gran parte de la composición interior, especialmente dentro del núcleo, sigue siendo una gran incógnita.

        Pero las estrellas de neutrones no solo son interesantes por sí mismas. Los científicos creen que pueden revelarnos información sobre la física extrema en general. Los teóricos suponen que las estrellas de neutrones representan un ejemplo de un tipo de materia más general conocido como plasma de quarks y gluones, un estado de materia altamente denso y caliente compuesto por quarks, los componentes básicos de los protones y los neutrones. Dicha materia existe solo en los entornos más extremos, como el universo primitivo en los primeros microsegundos tras el Big Bang.

        A veces, las estrellas de neutrones forman sistemas binarios, donde dos estrellas giran alrededor de un centro de masas común. Atrapadas en la órbita de la otra, comienzan a acercarse en espiral, perdiendo energía en ondas gravitacionales (vibraciones en el espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz). Al acercarse en espiral, cada estrella atrae a su compañera mediante la gravedad, generando fuerzas de marea como las que produce la Luna en la Tierra, antes de finalmente fusionarse en una violenta colisión.

Cada estrella ejerce fuerzas de marea sobre su vecina, lo que deforma y excita patrones de frecuencia internos, dejando huellas en las ondas gravitacionales emitidas. Estas deformaciones generan patrones oscilatorios, llamados modos, dentro de las estrellas, al igual que un martillo genera tonos al golpear una campana. Estos modos dejan huellas en las ondas gravitacionales emitidas, que pueden ser captadas por detectores sensibles en la Tierra. Al escuchar estas huellas, los científicos podrían inferir qué sucede en su interior.

Los investigadores idearon un método para determinar el campo de mareas dentro de la estrella. Al manipular adecuadamente las ecuaciones de Einstein-Euler, descubrieron que podían considerar el campo de mareas interior como un factor impulsor de las oscilaciones. En concreto, descubrieron que, siempre que el campo de mareas varíe sin saltos repentinos ni curvas pronunciadas, las ecuaciones generan modos de oscilador armónico, tal como en la teoría newtoniana.

Fuente:

https://physics.illinois.edu/news/inspiraling-neutron-stars-tidal-forces