27/Feb/09

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¿Produjo SN 1987A una estrella de quarks?

Un grupo de científicos sugiere que en la supernova SN 1987A se habría formado una estrella de quarks.

El modelo estándar de evolución estelar dice que las estrellas masivas, al llegar al final de sus cortas vidas y haber gastado su combustible nuclear, explotan en forma de supernova. Justo antes se ha formado en su interior una estructura en forma de cebolla en la que en cada inferior se fusionan elementos más pesados que en la superior y que crecen más rápido cuando más profunda es. Al final se forma un núcleo central de hierro (último elemento en ser sintetizado dentro de las estrellas) que crece en menos de un día.

Iincapaz de soportar su propio peso, el núcleo de hierro colapsa sobre sí mismo. La fotodesintegración y la emisión de neutrinos se llevan energía del núcleo, que se enfría y, por tanto, se reduce la presión, facilitándose el colapso. Entonces el núcleo rebota, produciendo una gigantesca onda de choque que hace estallar la estrella: es una supernova de tipo II. Súbitamente, la estrella brilla tanto como toda una galaxia. Lo que queda del núcleo se convierte en una estrella de neutrones o en un agujero negro.

Todo sistema estelar, incluso una estrella de neutrones, representa un equilibrio entre una fuerza de presión que tiende a expandir el cuerpo y la gravedad que tiende a contraerlo. En cada estadio de evolución estelar puede operar un mecanismo u otro a la hora de mantener ese equilibrio. Para una estrella corriente la presión producida por el plasma caliente es suficiente como para mantener ese equilibrio y compensar la gravedad. En una estrella de neutrones es el principio de exclusión de Pauli entre los fermiones (los propios neutrones) el que impide el colapso. Si la masa es lo suficientemente grande se supone que ya nada impide el colapso total y la formación de un agujero negro con una singularidad en su centro (En una conferencia de Abhay Ashtekar a la que tuve la suerte de asistir hace un tiempo, el ponente explicaba un mecanismo de la Teoría Cuántica de Cuerdas que evitaría la formación de singularidades. Según esta teoría el espacio-tiempo estaría compuesto de unidades elementales con propiedades cuánticas. En un proceso de colapso como el descrito antes, un principio de exclusión similar al de Pauli para fermiones operaría a la escala de Planck evitando un colapso definitivo y total, evitando la densidad infinita y la "ruptura" del tejido espacio-temporal. La singularidad simplemente no se formaría.).

Resulta que, según ciertos cálculos teóricos, la masa podría ser la justa como para que se dé una situación entre un caso y otro, y se forme una estrella de quarks. Durante el colapso los neutrones se disociarían en sus constituyentes elementales, es decir quarks, y éstos formarían un objeto aún más pequeño y ultradenso que una estrella de neutrones: una estrella de quarks. Estudiar una estrella de quarks podría darnos pistas sobre el estado de la materia justo después del Big Bang.

La cosa pasaría de los estudios teóricos sobre papel a la realidad si se pudiera encontrar algún caso observable. Aunque varios grupos han reclamado el hallazgo ninguno se ha confirmado hasta el momento.

Ahora Kwong-Sang Cheng de la Universidad de Hong Kong y colaboradores sugieren que la supernova SN 1987A podría precisamente haber formado una estrella de quarks.

Esta supernova explotó en la Gran nube de Magallanes (una galaxia satélite de la nuestra) y fue vista en la Tierra en 1987. Esto supuso una inmensa suerte porque, pese a todo, no es estadísticamente fácil tener una explosión de supernova relativamente cerca. Además, en esa época ya se contaba con instrumentos avanzados, que permitieron, por ejemplo, medir el flujo de neutrinos de la explosión. Fenómeno que se había predicho y que no se había comprobado experimentalmente hasta entonces.

Las estrellas de neutrones suelen formar púlsares y desde entonces no se ha observado ninguno allí. Puede que su orientación no sea propicia para ser observado desde aquí, o puede que no haya tal estrella de neutrones.

Se cree que la formación de las estrella de neutrones lleva aparejado un flujo de neutrinos, pero los datos de la época proporcionados por los detectores de neutrinos (Kamiokande II en Japón y Irvine-Michigan-Brookhaven en EEUU) dicen que hubo dos estallidos de neutrinos separados con un significativo intervalo temporal entre ellos.

Estos científicos creen que el primero correspondería a la formación de la estrella de neutrones y el segundo a la formación de una estrella de quarks, cuando la de neutrones, a su vez, colapsó. La transición de un tipo a otro de estrella habría durado del orden de 10 segundos.

Estos investigadores utilizaron un modelo hidrodinámico newtoniano para ver la evolución de la temperatura y densidad de la neutrinosfera y llegar a esta conclusión. Según el modelo la transición de fase desde la "sopa" de neutrones a la "sopa" de quarks (con ecuaciones de estado más "suaves" según los autores) induciría en el objeto en colapso grandes oscilaciones en amplitud.

Quizás el estudio del remanente de esta supernova con telescopios de rayos X de alta resolución en órbita pueda confirmar esta idea en el futuro. Una estrella de neutrones y una de quarks deben de ser diferentes a las distintas longitudes de rayos X.

Fuente: Neofronteras. Aportado por Gustavo A. Courault