¿Estrellas de neutrones con núcleos de quarks? Es casi seguro que existen

Estos cadáveres estelares tan densamente comprimidos, de hecho, no tienen más que unos pocos kilómetros de diámetro (frente a los millones de kilómetros que tenía la estrella original), y se ha calculado que una estrella de neutrones de apenas 25 kilómetros puede llegar a contener hasta dos masas solares de materia densamente 'empaquetada' en su interior. La densidad alcanzada por estos objetos supera con creces, pues, las de los protones y neutrones individuales.

Sin embargo, sabemos que, llegados a este punto, las cosas aún pueden ir a peor. Si la masa final de la estrella de neutrones supera un determinado límite (alrededor de dos masas solares) entonces nada podrá evitar que la gravedad siga aplastándola, haciéndola cada vez más densa y pequeña, hasta que la materia ya no aguante más y colapse en un agujero negro, un objeto de cuyo interior no podemos saber nada.

Pero si la masa de la estrella de neutrones no supera ese límite, la gravedad aún podrá seguir aplastando la materia, y 'destrozar' los neutrones de su centro (donde hay más presión) como antes hizo con los átomos para dejar en libertad a los quarks que los componen (cada neutrón está formado por tres quarks). La gravedad de la estrella, en esos casos, empujará a la materia hasta una nueva fase, conocida como 'materia de quarks fríos', un estado exótico en el que los protones y los neutrones ya no existen y toda la materia estará en forma de una 'sopa de quarks'.

Ahora bien, ¿existen realmente estas estrellas de neutrones con núcleos formados por quarks? Un equipo de astrofísicos de la Universidad de Helsinki cree que sí, y en un artículo recién publicado en 'Nature Communications' eleva la probabilidad de su existencia a un porcentaje que se sitúa entre el 80% y el 90%. «Los quarks y gluones que constituyen estos objetos -asegura Aleski Vuorinen, coautor de la investigación- se liberan de su típico confinamiento de color y se les permite moverse casi libremente».

Según el estudio, por lo tanto, la posibilidad de que haya núcleos de materia de quarks dentro de estrellas de neutrones masivas es casi inevitable. La pequeña probabilidad restante de que sea toda la masa de la estrella, y no solo su núcleo, la que esté compuesta únicamente de quarks haría necesaria una transición de fase de primer orden, algo similar al agua líquida que se convierte en hielo. Y en una estrella de neutrones, este tipo de cambio rápido podría desestabilizarla hasta el punto de que incluso la formación de un minúsculo núcleo de materia de quarks provocaría que la estrella colapsara en un agujero negro.

Para llegar a estos resultados, los investigadores tuvieron que llevar a cabo una serie de cálculos masivos con supercomputadoras que utilizan la inferencia bayesiana, una rama de la deducción estadística en la que se infieren las probabilidades de diferentes parámetros mediante comparación directa con datos de observación. «Tuvimos que utilizar millones de horas de CPU para poder comparar nuestras predicciones teóricas con las observaciones y limitar la probabilidad de que existieran núcleos de materia de quarks», afirma Joonas Hirvonen, coautor del estudio.

Con todo, los investigadores esperan que algún día la existencia de estrellas de neutrones con núcleos de quarks pueda confirmarse, o descartarse, por completo. Para ello será necesario, primero, poner límites a la fuerza de transición de fase entre la materia nuclear y la materia de quarks, algo que será posible si alguna vez se consigue registrar una onda gravitacional de la última parte de la fusión de una estrella de neutrones. Un largo camino por delante que los investigadores, sin embargo, están decididos a recorrer.