¿Estado superfluido para la estrella de neutrones más joven de la galaxia?

Una estrella de neutrones en Cassiopeia A podría estar enfriándose para formar un exótico estado de la materia: un líquido superfluido

Dos equipos de astrofísicos podrían haber encontrado la primera prueba directa de que en el interior de las estrellas de neutrones —el resto que queda después del estallido de una estrella masiva— existe un extraño estado sin fricción conocido como superfluido. Los miembros de estos equipos hallaron que la temperatura de una joven estrella de neutrones en nuestra galaxia está descendienco con más rapidez de lo que puede explicarse con las teorías de enfriamiento estándar, encajando con las expectativas de los investigadores de una estrella de neutrones que avanza hacia la superfluidez.

Los superfluidos son conductores del calor perfectos con una viscosidad cero. En la Tierra, el comportamiento de un superfluido va en contra de la intuición —se mantiene completamente quieto incluso si se hace rotar el contenedor, puede desafiar a la gravedad escalando las paredes, o puede imitar a Houdini, escapando de un contenedor cerrado herméticamente.

Las estrellas de neutrones son tan densas que la mayor parte de los protones de su interior se deshacen y juntan con los electrones, formando neutrones. Asumiendo que las estrellas tienen un interior superfluido, los teóricos han descrito con éxito la temperatura y comportamiento magnético de las estrellas de neutrones actuales, pero confirmar una hipótesis tan exótica requiere de unas pruebas más sólidas.

En 2004, dos grupos —incluyendo a Dmitry Yakovlev del Instituto Técnico Físico Ioffe en San Petersburgo, Rusia, y Dany Page de la Universidad Nacional Autónoma de México en Ciudad de México— calcularon el descenso de temperatura que es de esperar si una estrella sufre una transición a un estado superfluido. Sin conocer la temperatura a la que se produce esa transición, era difícil hacer predicciones definidas del ritmo de enfriamiento.

Page dice que en esa época, “era más una curiosidad teórica. ¿Cuáles eran las posibilidades de encontrar una y poder observarla?”

Entonces, Craig Heinke de la Universidad de Alberta en Edmonton, Canadá, y Wynn Ho, de la Universidad de Southampton en el Reino Unido, analizaron datos procedentes del Observatorio de Rayos-X Chandra, informando de una rápida caída en la temperatura de una estrella de neutrones en el remanente de supernova Cassiopeia A. La temperatura de la estrella había bajado un 4% desde su descubrimiento en 1999. Normalmente, las estrellas de neutrones se enfrían demasiado lentamente para que lo notemos. Yakovlev y sus colegas comenzaron a trabajar con Heinke y Ho para demostrar la transición a superfluido, pero el grupo de Page también lo había observado.

Fridolin Weber, de la Universidad Estatal de San Diego en California, que no estuvo implicado en ninguno de los análisis de los equipos, dice que la investigación es “una contribución muy importante” debido a que utiliza la teoría de la superfluidez para aportar una explicación comprobable al rápido enfriamiento de la estrella.

Una fría jovencita

Con 3.330 años de antigüedad, la estrella de neutrones de Cassiopeia A es la más joven conocida en nuestra galaxia. Tras la explosión inicial de la estrella, las interacciones entre protones y neutrones habrían producido neutrinos, partículas casi sin masa que escaparon de la estrella, permitiendo su enfriamiento.

Tras estos primeros días o semanas, los protones, que forman aproximadamente el 10% de la estrella, habrían alcanzado una temperatura que les permitiría hacerse superfluidos. En este estado, habrían podido ignorar a los neutrones, deteniendo el proceso de emisión de neutrinos y frenando el ritmo de enfriamiento de la estrella.

Esta condición ha mantenido a la estrella caliente desde su explosión. Pero en algún momento del pasado siglo, la temperatura de la estrella empezó a descender rápidamente, lo que permite que los neutrones formen parejas entre sí y formen un superfluido.

Como los equipos de investigación trabajan de forma distinta con los efectos de la densidad, el grupo de Page estima que la temperatura crítica debe ser de aproximadamente 500 millones de Kelvin, mientras que el equipo de Yakovlev fija un valor de entre 700 y 900 millones de Kelvin.

Cuando alcanzan esta temperatura crítica, los pares de neutrones se separan y tratan de unirse nuevamente una y otra vez. Liberan energía cada vez que se emparejan, y cuando esa energía es liberada en forma de neutrinos, la estrella se enfría.

Este proceso de acoplamiento y separación ha derivado en el rápido enfriamiento de la estrella en las últimas décadas, y ambos equipos proyectan que seguirá durante algunas más. Luego, una vez que todos los neutrones posibles hayan pasado al estado superfluido, la estrella volverá a su ritmo de enfriamiento lento.

Si Chandra y futuros telescopios encuentran pruebas que encajen con esta predicción, los astrofísicos pueden estar bastante seguros de que las estrellas de neutrones realmente son superfluidas en su interior.

Referencia de publicación Superfluid state for Galaxy’s youngest neutron star?

Fuente: Nature News. Aportado por Eduardo J. Carletti


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