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Púlsares: ¿Qué Son? ¿Por Qué Giran Tan Rápido?




Actualmente, la naturaleza de ciertos fenómenos cósmicos (estrellas, supernovas y agujeros negros) están bien comprendidos por aquellos que no se dedican a la investigación física, ya que no solo se escribe de manera extensiva sobre ellos -debido en parte a cuánto financiamiento se genera para aprender más sobre ellos- sino porque además, la mayor parte de esta información alcanza el dominio público de la literatura científica. Sin embargo, algunas maravillas -como los quásares, blázares y magnetares- son frecuentemente dejados de lado a favor de objetos más conocidos. Otro caso es el de las estrellas de neutrones. Estas estrellas pueden ser consideradas como los objetos “que no lograron” convertirse en agujeros negros. Así es que para muchos, son tildados de poco interesantes o que no vale la pena dedicarles tiempo. Si eres uno de esos no tienes idea de lo que te estás perdiendo. Las estrellas de neutrones son verdaderamente unos de los más alucinantes objetos en el universo.

Formados a partir del colapso gravitacional seguido de la muerte de una estrella masiva, las estrellas de neutrones son pequeñas, pero increíblemente densos restos de lo que dejaron atrás. Como el nombre lo sugiere, están compuestas casi completamente por neutrones, los cuales se transforman a través de un proceso al que llamamos “degeneración cuántica”. Inmediatamente después de que una estrella se vuelve supernova, la gravedad comienza a juntar cada átomo de materia y a comprimirlos. Esto enciende una reacción en cadena, en la cual los electrones son efectivamente empujados dentro de los protones, convirtiéndolos en neutrones –sin carga alguna. Este mecanismo pareciera romper con el principio de exclusión (la creación de Wolfgang Pauli, el mismo físico austríaco que hipotetizó la existencia del neutrino) que sostiene que los electrones no pueden ser forzados dentro de espacios más pequeños que sus órbitas.


Crédito de imagen: FQTQ

Durante la muerte de la estrella, el núcleo -ahora compuesto de hierro- colapsa aproximadamente en una décima de segundo. La gravedad es tan intensa durante el colapso que la solución es convertir a los electrones en algo más (neutrones) para satisfacer el principio de exclusión. Esto es necesario para evitar que la estrella se transforme en una singularidad espacio-temporal (o en un agujero negro). La diferencia principal entre la formación de una enana blanca (también un residuo muy denso que se forma por la muerte de una estrella similar al Sol) y de una estrella de neutrones es que los átomos quedan intactos, y han sido empujados increíblemente cerca uno del otro. Pero la formación de una estrella de neutrones tiene consecuencias; produce una ráfaga de energía de radiación gamma capaz de destrozar a todos los nucleones. Esto, en esencia, es el resultado de millones de años de fusión en un solo segundo. El producto final tiene una densidad equivalente a 100 billones (100 millones de millones) veces la del agua. Leíste bien: 100 billones.

Entonces, ¿cómo están vinculadas las estrellas de neutrones a los púlsares? Bueno, son dos caras de la misma moneda. Verás, las estrellas de neutrones emiten enormes cantidades de luz y radiación, y cuando rotan “vemos” a estas emisiones como flashes periódicos que ocurren con exactamente el mismo intervalo. Cuando fueron descubiertos, la predictibilidad de los flashes llevó a muchos científicos a cuestionarse si tal fenómeno podría ser producido naturalmente. Esto derivo en la inmediata especulación de que el origen de estas pulsaciones era artificial, o que eran una especie de “primer contacto” de una raza alienígena de otra parte de la galaxia. Pero esto fue rápidamente desacreditado a medida que comenzamos a descifrar el misterio alrededor de su existencia. Pronto aprendimos que mientras una estrella de neutrones gira, los destellos de ondas electromagnéticas nos llegaban de manera similar a las de un faro en la oscuridad -produciendo el característico “pulso” que define al púlsar (y les da el nombre). Cuando podemos ver dichas emisiones de luz y radiación, llamamos al objeto púlsar. Aún así, en muchos casos, no podemos verlos. Dado que clasificamos a tal objeto como una estrella de neutrones. Brevemente: todos los púlsares son estrellas de neutrones, pero no todas las estrellas de neutrones son púlsares (su categorización depende de nuestro punto de vista y del objeto del que se trate).



Crédito imagen: NASA

Extraordinariamente, la característica más asombrosa de una estrella de neutrones es su tamaño y su velocidad de rotación. Pueden medir entre 10 y 15 Kms. de diámetro y girar muchísimas veces por segundo. Aún más, algunos son capaces de juntar más materia de alguna fuente cercana, resultando en un incremento en los intervalos de rotación de cientos de veces por segundo. Desafortunadamente, comienzan a desacelerarse gradualmente, pero se ha teorizado que mientras lo hacen su superficie puede variar de tal manera que termina siendo una esfera perfecta. Gracias a la conservación del momento angular, este cambio ocasiona que las estrellas de neutrones vuelvan a acelerarse.

Ya que estamos en el tema, la conservación del momento angular de hecho tiene la respuesta a la rápida rotación de estas estrellas (y de púlsares similares). Si contraes un objeto giratorio (tal como una estrella que está en el proceso de colapsar sobre sí misma) comenzará a girar más rápido. Y a la inversa, si quisieran desacelerar su rotación abrirían sus brazos. Podemos deducir la forma en la que estas estrellas rotan usando esto como ejemplo. Llamémosle, el origen. Verás, rotan porque al nacer se contrajeron a partir de una nebulosa con una pequeña preferencia en el sentido de rotación. Nuestro Sol completa una rotación por mes -lo cual no es muy rápido- pero si lo contraemos desde su tamaño actual a aproximadamente 30 Kms. de diámetro (conservando la misma cantidad de masa), su velocidad de giro se incrementaría a 1000 veces por segundo.

La razón por la que las estrellas de neutrones giran tan rápido es porque su masa es apenas una fracción de lo que era originalmente. De todos modos, puede que no sean tan grandiosas y misteriosas como los agujeros negros, pero la diferencia importante para un físico es que podemos verlas y estudiarlas, a diferencia de los predecibles (y muy poco visibles) agujeros negros.


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