03/Sep/07

Revista Axxón Axxón en facebook Lectores de Axxón en facebook

Nuevo método pionero para sondear la materia exótica

Los astrónomos pudieron medir la distorsión del espacio-tiempo alrededor de tres estrellas de neutrones y con esas mediciones desarrollaron una nueva técnica para determinar las propiedades de estos objetos ultra-densos.

Utilizando satélites con telescopios de rayos X de la Agencia Espacial Europea, ESA; de la Agencia Espacial Japonesa, JAXA, y de la NASA, los astrónomos midieron la distorsión del espacio-tiempo prevista por Einstein alrededor de tres estrellas de neutrones, y haciendo esto, desarrollaron una técnica pionera para determinar las propiedades de estos objetos ultra-densos.

Las estrellas de neutrones contienen la materia observable más densa del Universo. En ellas está comprimida más materia que la que compone el Sol, pero en una esfera del tamaño de una ciudad, lo que significa que una taza de materia de la estrella de neutrones superaría el peso del monte Everest. Los astrónomos utilizan estas estrellas colapsadas como laboratorio natural para estudiar cómo se puede llegar a comprimir la materia bajo las presiones más extremas que se pueden encontrar en la naturaleza.

"Esto es física fundamental", dice Sudip Bhattacharyya del Centro del Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA, en Greenbelt,. y del Collage Park, de la Universidad de Maryland. "En el centro de las estrellas de neutrones podría haber clases exóticas de partículas o estados de la materia, tales como materia de quarks, pero es imposible crearlas en el laboratorio. La única manera de descubrir esto es comprender a las estrellas de neutrones".

Para tratar este misterio, los científicos deben medir con precisión y exactitud los diámetros y las masas de las estrellas de neutrones. En dos estudios concurrentes, uno con el observatorio de rayos XXM Newton, de la Agencia Espacial Europea (ESA), y el otro con el observatorio de rayos X Suzaku de la Agencia Espacial de Japón, JAXA, y de la NASA, los astrónomos han realizado un gran avance.

Usando XMM Newton, Bhattacharyya y su colega Tod Strohmayer del Goddard observaron un sistema binario conocido como Serpens X-1, que contiene una estrella de neutrones y una compañera estelar. Estudiaron una línea espectral de átomos calientes de hierro que están girando alrededor en un disco ubicado apenas fuera de la superficie de la estrella de neutrones, a un 40% de la velocidad de la luz.

Los observatorios anteriores de rayos X detectaron líneas de hierro alrededor de las estrellas de neutrones, pero carecían de la sensibilidad para medir en detalle las formas de las líneas. Gracias a los grandes espejos de XMM-Newton, Bhattacharyya y Strohmayer hallaron que la línea del hierro se ensanchaba de manera asimétrica por la velocidad extrema del gas, que dispersa y distorsiona la línea debido al efecto Doppler y los efectos previstos por la teoría especial de la relatividad de Einstein. La distorsión del espacio-tiempo por enorme gravedad de la estrella de neutrones, un efecto de la teoría general de la relatividad de Einstein, cambia de posición la línea del hierro de la estrella de neutrones a longitudes de onda más largas.

"Hemos visto estas líneas asimétricas en muchos agujeros negros, pero ésta es la primera confirmación que las estrellas de neutrones pueden producirlas también. Demuestra que la forma en que las estrellas de neutrones agregan materia no es muy diferente de la de los agujeros negros, y nos da una herramienta para probar la teoría de Einstein", dice Strohmayer.

Un grupo liderado por Edward Cackett y Jon Miller, de la Universidad de Michigan, que incluye a Bhattacharyya y Strohmayer, utilizó las excelentes capacidades espectrales de Suzaku para examinar tres estrellas de neutrones binarias: Serpens X-1, GX 349+2 y 4U 1820-30. Este equipo observó una línea casi idéntica del hierro en Serpens X-1, confirmando el resultado del XMM-Newton. También detectó líneas del hierro sesgadas del mismo modo en los otros dos sistemas.

"Estamos viendo el gas girando alrededor casi sobre la superficie de la estrella de neutrones", dice Cackett. "Y puesto que es obvio que la parte interna del disco no puede orbitar dentro de la superficie de la estrella de neutrones, estas mediciones nos dan un tamaño máximo para el diámetro de la estrella de neutrones. Las estrellas de neutrones no pueden ser mayores de 29 a 33 kilómetros de diámetro, resultados que están de acuerdo con otros tipos de medidas".

"Ahora que hemos visto esta línea relativista del hierro alrededor de tres estrellas de neutrones, hemos establecido una nueva técnica", agrega Miller. "Es muy difícil medir la masa y el diámetro de una estrella de neutrones, así que necesitamos varias técnicas, trabajando juntas, para alcanzar esa meta".

Saber el tamaño y la masa de la estrella de neutrones permite a los físicos describir la "ecuación estado" de la materia que está empaquetada dentro de estos objetos increíblemente densos. Además de usar estas líneas del hierro para probar la teoría general de la relatividad de Einstein, los astrónomos pueden sondear las condiciones en el interior del disco de acreción de la estrella de neutrones.

El trabajo del XMM-Newton apareció en el Astrophysical Journal Letters del 1 de agosto. El trabajo del Suzaku ha sido presentado en la misma publicación.

Fuente: Cielo Sur. Aportado por Eduardo J. Carletti. Correcciones de traducción por Axxón.