Hallan tres estrellas jóvenes de neutrones tan frías que desafían las leyes del universo

• Descubrir la ecuación de estado de estos astros tiene grandes implicaciones para las leyes fundamentales del universo
• El hallazgo ha sido posible gracias a los datos de las misiones XMM-Newton de la ESA y Chandra de la NASA

Una foto de una estrella de neutrón The European Space Agency

Un equipo internacional de científicos ha descubierto tres estrellas de neutrones excepcionalmente jóvenes y frías, ya que tienen entre diez y cien veces más baja temperatura que las de su misma edad. Según los expertos, estas características no encajan con ninguno de los modelos propuestos hasta ahora. El hallazgo ha sido posible gracias a los datos de las misiones XMM-Newton de la ESA y Chandra de la NASA.

Al comparar las propiedades de los tres astros con diferentes modelos de estrellas de neutrones, los científicos han llegado a la conclusión de que las bajas temperaturas de estas desafían alrededor del 75% de los modelos conocidos: las "ecuaciones de estado" que rigen las condiciones de las estrellas de neutrones y que tienen importantes implicaciones para las leyes fundamentales del universo.

Las estrellas de neutrones explotan en una supernova

Las estrellas de neutrones son unos de los objetos más densos del universo, dado que surgen de la última etapa de la evolución de una estrella supergigante cuando, al agotarse su combustible nuclear, el astro explota en una supernova. Tras el estallido, el núcleo del asteroide se colapsa hasta alcanzar una densidad tan elevada que los protones y electrones se combinan para formar neutrones. De hecho, estas estrellas se llaman así por eso.

Lo que ocurre en el interior de una estrella de neutrones se describe mediante la llamada "ecuación de estado", un modelo teórico que describe qué procesos físicos pueden suceder en el interior de ellas. El problema es que los científicos aún no saben cuál de los cientos de posibles modelos de ecuación de estado es el correcto.

Aunque el comportamiento de cada estrella de neutrones puede depender de propiedades como su masa o su velocidad de giro, todas deben obedecer la misma ecuación de estado.

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No siguen las ecuaciones de estado existentes

Pero al analizar los datos de las misiones XMM-Newton y Chandra, los investigadores descubrieron tres estrellas de neutrones muy jóvenes y frías. Al comprobar sus características con las tasas de enfriamiento predichas por distintos modelos, dedujeron que la existencia de estas tres rarezas descarta la mayoría de las ecuaciones de estado propuestas.

"La edad y la fría temperatura superficial de estas tres estrellas de neutrones solo pueden explicarse invocando un mecanismo de enfriamiento rápido. Dado que el enfriamiento rápido solo puede activarse mediante determinadas ecuaciones de estado, esto nos permite excluir una parte significativa de los posibles modelos", explica Nanda Rea la investigadora en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) y directora de la investigación.

Averiguar la verdadera ecuación de estado de la estrella de neutrones también tiene importantes implicaciones para las leyes fundamentales del universo. Los físicos aún no saben cómo unir la teoría de la relatividad general ―que describe los efectos de la gravedad a gran escala― con la mecánica cuántica, que describe lo que ocurre a nivel de partículas. Por lo que las estrellas de neutrones son el mejor campo de pruebas para ello, puesto que tienen densidades y gravitaciones muy superiores a todo lo que podemos crear en la Tierra.

Unir fuerzas para saber más 

Al ser tan frías, estos astros son demasiado débiles para que la mayoría de los observatorios de rayos X puedan verlas. "La extraordinaria sensibilidad de XMM-Newton y Chandra hizo posible no solo detectar estas estrellas de neutrones, sino también recoger luz suficiente para determinar sus temperaturas y otras propiedades", expresa la investigadora de la ESA que trabaja con los datos de XMM-Newton, Camille Diez.

Estas mediciones fueron solo el primer paso para poder averiguar lo que significan estas rarezas para la ecuación de estado de estas estrellas. "La investigación sobre las estrellas de neutrones abarca muchas disciplinas científicas, desde la física de partículas hasta las ondas gravitacionales. El éxito de este trabajo demuestra lo fundamental que es el trabajo en equipo para avanzar en nuestra comprensión del Universo", afirma la científica Nanda.