Los astrofísicos de la Universidad Goethe de Frankfurt establecieron un nuevo límite para la masa máxima de estrellas de neutrones:no pueden superar las 2,16 masas solares.

Desde su descubrimiento en la década de 1960, Los científicos han tratado de responder una pregunta importante:¿Qué tan masivas pueden llegar a ser las estrellas de neutrones? En contraste con los agujeros negros, estas estrellas no pueden ganar masa arbitrariamente; más allá de cierto límite, no hay fuerza física en la naturaleza que pueda contrarrestar su enorme fuerza gravitacional. Por primera vez, Los astrofísicos de la Universidad Goethe de Frankfurt han logrado calcular un límite superior estricto para la masa máxima de estrellas de neutrones.

Con un radio de unos 12 kilómetros y una masa que puede ser el doble de grande que la del sol, las estrellas de neutrones se encuentran entre los objetos más densos del universo, produciendo campos gravitacionales comparables a los de los agujeros negros. Si bien la mayoría de las estrellas de neutrones tienen una masa de alrededor de 1,4 veces la del sol, también se conocen ejemplos masivos, como el pulsar PSR J0348 + 0432 con 2.01 masas solares.

La densidad de estas estrellas es enorme, como si todo el Himalaya estuviera comprimido en una jarra de cerveza. Sin embargo, Hay indicios de que una estrella de neutrones con una masa máxima colapsaría en un agujero negro si se añadiera un solo neutrón.

Junto con sus alumnos Elias Most y Lukas Weih, Profesor Luciano Rezzolla, físico, miembro senior del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt (FIAS) y profesor de Astrofísica Teórica en la Universidad Goethe de Frankfurt, ahora ha resuelto el problema que había permanecido sin respuesta durante 40 años:con una precisión de un pequeño porcentaje, la masa máxima de las estrellas de neutrones que no giran no puede exceder las 2,16 masas solares.

La base de este resultado fue el enfoque de "relaciones universales" desarrollado en Frankfurt hace unos años [www.goethe-university-frankfurt.de/60913695/15]. La existencia de "relaciones universales" implica que prácticamente todas las estrellas de neutrones "se parecen, "lo que significa que sus propiedades pueden expresarse en términos de cantidades adimensionales. Los investigadores combinaron estas" relaciones universales "con datos sobre señales de ondas gravitacionales y la posterior radiación electromagnética (kilonova) obtenida durante la observación el año pasado de dos estrellas de neutrones fusionadas en el marco del experimento LIGO. Esto simplifica enormemente los cálculos porque los hace independientes de la ecuación de estado. Esta ecuación es un modelo teórico para describir la materia densa dentro de una estrella que proporciona información sobre su composición a varias profundidades de la estrella. La relación, por tanto, jugó un papel esencial en la definición de la nueva masa máxima.

El resultado es un buen ejemplo de la interacción entre la investigación teórica y experimental. "La belleza de la investigación teórica es que puede hacer predicciones. Teoría, sin embargo, necesita desesperadamente experimentos para reducir algunas de sus incertidumbres, ", dice el profesor Rezzolla." Por lo tanto, es bastante notable que la observación de una única fusión de estrellas de neutrones binarios que se produjo a millones de años luz de distancia combinada con las relaciones universales descubiertas a través de nuestro trabajo teórico nos hayan permitido resolver un acertijo que ha sido objeto de tanta especulación. en el pasado."

Los resultados de la investigación se publicaron como Carta del Diario astrofísico . Solo unos días después, grupos de investigación de EE. UU. y Japón confirmaron los hallazgos, a pesar de haber seguido hasta ahora enfoques diferentes e independientes.

Se espera que la astronomía de ondas gravitacionales observe más eventos de este tipo en el futuro cercano, tanto en términos de señales de ondas gravitacionales como en los rangos de frecuencia más tradicionales. Esto reducirá aún más las incertidumbres sobre la masa máxima y conducirá a una mejor comprensión de la materia en condiciones extremas. Esto se simulará en aceleradores de partículas modernos, por ejemplo, en el CERN en Suiza o en las instalaciones de FAIR en Alemania.