La estrella de neutrones más masiva jamás detectada, casi demasiado masiva para existir.

El límite entre un púlsar y un agujero negro.

Impresión artística del pulso de una estrella de neutrones masiva que se retrasa por el paso de una estrella enana blanca entre la estrella de neutrones y la Tierra. Crédito: BSaxton, NRAO / AUI / NSF.

Los astrónomos que usan el GBT han descubierto la estrella de neutrones más masiva  hasta la fecha, un púlsar que gira rápidamente aproximadamente a 4.600 años luz de la Tierra. Este objeto récord se tambalea al borde de la existencia, acercándose a la masa máxima teórica posible para una estrella de neutrones.

Las estrellas de neutrones, los restos comprimidos de estrellas masivas que se han convertido en supernovas, son los objetos "normales" más densos del universo conocido. (Los agujeros negros son técnicamente más densos, pero están lejos de ser normales). Solo un cubo de azúcar de material de estrella de neutrones pesaría 100 millones de toneladas aquí en la Tierra, o casi lo mismo que toda la población humana. Aunque los astrónomos y los físicos han estudiado y se maravillaron de estos objetos durante décadas, quedan muchos misterios sobre la naturaleza de sus interiores: ¿los neutrones triturados se vuelven "superfluidos" y fluyen libremente? ¿Se descomponen en una sopa de quarks subatómicos u otras partículas exóticas? ¿Cuál es el punto de inflexión cuando la gravedad vence a la materia y forma un agujero negro?

Un equipo de astrónomos que utiliza el Telescopio Green Bank (GBT) de la National Science Foundation (NSF) nos ha acercado a encontrar las respuestas.

Los investigadores, miembros del Centro de Fronteras de Física NANOGrav, descubrieron que un púlsar de milisegundos que gira rápidamente, llamado J0740 + 6620, es la estrella de neutrones más masiva jamás medida, con 2,17 veces la masa de nuestro Sol en una esfera de solo 30 kilómetros de diámetro. Esta medición se acerca a los límites de cuán masivo y compacto puede llegar a ser un solo objeto sin aplastarse en un agujero negro. Un trabajo reciente que involucra ondas gravitacionales observadas a partir de estrellas de neutrones en colisión por LIGO sugiere que 2,17 masas solares podrían estar muy cerca de ese límite.

"Las estrellas de neutrones son tan misteriosas como fascinantes", dijo Thankful Cromartie, un estudiante graduado de la Universidad de Virginia y becario de doctorado Grote Reber en el Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia. “Estos objetos del tamaño de una ciudad son esencialmente núcleos atómicos descomunales. Son tan masivos que sus interiores adquieren propiedades extrañas. Encontrar la masa máxima que la física y la naturaleza permitirán puede enseñarnos mucho sobre este reino inaccesible en astrofísica ".

Los pulsares reciben su nombre debido a los haces gemelos de ondas de radio que emiten desde sus polos magnéticos. Estas vigas barren el espacio en forma de faro. Algunos rotan cientos de veces por segundo. Dado que los púlsares giran con una velocidad y regularidad tan fenomenal, los astrónomos pueden usarlos como el equivalente cósmico de los relojes atómicos. Tal cronometraje preciso ayuda a los astrónomos a estudiar la naturaleza del espacio-tiempo, medir las masas de los objetos estelares y mejorar su comprensión de la relatividad general.

En el caso de este sistema binario, que está casi al borde en relación con la Tierra, esta precisión cósmica proporcionó un camino para que los astrónomos calculen la masa de las dos estrellas.

Cuando el púlsar pasa detrás de su compañera enana blanca, hay un sutil retraso (del orden de 10 millonésimas de segundo) en el tiempo de llegada de las señales. Este fenómeno se conoce como "Retraso de Shapiro". En esencia, la gravedad de la estrella enana blanca deforma ligeramente el espacio que la rodea, de acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein. Esta deformación significa que los pulsos de la estrella de neutrones giratoria tienen que viajar un poco más lejos a medida que avanzan por las distorsiones del espacio-tiempo causadas por la enana blanca.

Los astrónomos pueden usar la cantidad de ese retraso para calcular la masa de la enana blanca. Una vez que se conoce la masa de uno de los cuerpos coorbitantes, es un proceso relativamente sencillo determinar con precisión la masa del otro.

Impresión artística y animación del Shapiro Delay. A medida que la estrella de neutrones envía un pulso constante hacia la Tierra, el paso de su estrella enana blanca compañera deforma el espacio que la rodea, creando un sutil retraso en la señal del pulso. Crédito: BSaxton, NRAO / AUI / NSF

Cromartie es el autor principal de un artículo aceptado para su publicación en Nature Astronomy. Las observaciones de GBT fueron investigaciones relacionadas con su tesis doctoral, que propuso observar este sistema en dos puntos especiales en sus órbitas mutuas para calcular con precisión la masa de la estrella de neutrones.

"La orientación de este sistema estelar binario creó un fantástico laboratorio cósmico", dijo Scott Ransom, astrónomo de NRAO y coautor del artículo. “Las estrellas de neutrones tienen este punto de inflexión donde sus densidades interiores se vuelven tan extremas que la fuerza de la gravedad supera incluso la capacidad de los neutrones para resistir un mayor colapso. Cada estrella de neutrones "más masiva" que encontramos nos acerca a identificar ese punto de inflexión y nos ayuda a comprender la física de la materia en estas alucinantes densidades ".

Estas observaciones también fueron parte de una campaña de observación más grande conocida como NANOGrav, abreviatura del Observatorio Nanohertz de Ondas Gravitacionales de América del Norte, que es un Centro de Fronteras Físicas financiado por la NSF.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc.

El Green Bank Observatory es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc.

Contacto con los medios:

• Publicado en NRAO el 16 de septiembre del 2.019, enlace publicación.

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