La “pasta nuclear” cósmica podría ser más extraña de lo que originalmente se pensaba

Las costras de las estrellas de neutrones -primos cósmicos de los agujeros negros- poseen una extraña forma de materia conocida como “pasta nuclear”.

Ahora, los científicos han encontrado que la pasta nuclear puede ser aún más extraña de lo que se pensaba anteriormente, formando defectos que unen a los trozos en formas complejas y desordenadas. Esta compleja pasta nuclear podría finalmente condenar los poderosos campos magnéticos vistos desde las estrellas de neutrones, dicen los investigadores.

Una estrella de neutrones, como un agujero negro, es un remanente de una estrella que murió en una explosión catastrófica conocida como supernova. Las estrellas de neutrones son típicamente pequeñas, con diámetros de alrededor de 12 millas (19 kilómetros) o así, pero son tan densas que la masa de una estrella de neutrones puede ser casi igual a la del sol. Un trozo de una estrella de neutrones del tamaño de un cubo de azúcar puede pesar hasta 100 millones de toneladas, convirtiendo a las estrellas de neutrones en los objetos más densos del universo, además de los agujeros negros.

En la base de las costras de las estrellas de neutrones, los núcleos de los átomos se amontonan tan fuertemente que los protones y los neutrones se disponen en patrones similares a las formas de la pasta. A veces, la pasta nuclear viene en barras como espaguetis, hojas planas como lasaña o espirales como fusilli.

La “pasta nuclear” había sido propuesta por teóricos hace años

En 2013, los investigadores detectaron experimentalmente evidencia de que esta extraña fase de la materia realmente existe.

Investigaciones previas sugirieron que la “pasta nuclear” haría más difícil para el calor y la electricidad conducir a través de las estrellas de neutrones. Esto, a su vez, haría que los campos magnéticos de las estrellas de neutrones se disiparan mucho más rápido de lo esperado. Con un campo magnético más bajo, las estrellas de neutrones irradiarían menos energía al espacio, manteniéndolas girando durante más tiempo. Los científicos descubrieron recientemente que hay escasez de estrellas de neutrones que giran lentamente. Esto insinuó la presencia de pasta nuclear.

Sin embargo, el análisis pasado de las propiedades de este nuevo estado de la materia asumió que la pasta nuclear tomaba trozos perfectos y sencillos. Pero ahora, los científicos han descubierto que la pasta nuclear puede formar formas más complejas y desordenadas.

“Estamos tratando de determinar propiedades cada vez más detalladas de materiales exóticos extremadamente densos en las estrellas”, señaló el autor principal del estudio Charles Horowitz, físico de la Universidad de Indiana en Bloomington.

Como los científicos no tienen forma de crear la materia de las estrellas de neutrones en la Tierra, se basaron en simulaciones computarizadas de pasta nuclear. Éstos involucraron cerca de 410.000 nucleones – es decir, protones y neutrones, las partículas que forman los núcleos atómicos.

“Nuestras simulaciones de pastas nucleares involucran más núcleos que cualquier otro trabajo anterior”, dijo Horowitz.

Los investigadores encontraron que los trozos de pasta nuclear parecidos a una lámina de lasaña podrían formar defectos de larga duración con forma de sacacorchos que conectan estas láminas.

“Llevo años intentando imaginar estrellas de neutrones como mundos geológicos con diferentes tipos de rocas nucleares, fallas y montañas”, dijo Horowitz. “Entonces, una simulación de dinámica molecular encontró un error, un defecto en las formas de pasta que persistió durante mucho tiempo.”

Estos trozos deformes de pasta nuclear podrían hacer que las estrellas neutrónicas fuesen aún menos conductivas al calor y la electricidad que los trozos perfectos de pasta nuclear que los estudios anteriores habían modelado. Esto podría explicar el espectro de luz del sistema MXB 1659-29, que posee una estrella de neutrones.

“Las observaciones radiográficas del enfriamiento de la corteza de las estrellas de neutrones pueden proporcionar información sobre las fases exóticas de la pasta enterradas a un kilómetro bajo la superficie”, dijo Horowitz. “Estas observaciones pueden decir si la pasta está desordenada y tiene conductividades eléctricas y térmicas bajas.”

La existencia de pasta nuclear compleja y desordenada “puede decirnos el destino de los enormes campos magnéticos en las estrellas de neutrones, que pueden ser un billón o más de miles de millones de veces más fuertes que el campo de la Tierra”, dijo Horowitz. “Si la conductividad es baja, las grandes corrientes eléctricas que soportan los campos pueden disiparse en un millón de años”.