Los científicos espaciales de la Universidad de Bath en el Reino Unido han encontrado una nueva forma de sondear la estructura interna de las estrellas de neutrones. dando a los físicos nucleares una herramienta novedosa para estudiar las estructuras que componen la materia a nivel atómico.

Las estrellas de neutrones son estrellas muertas que han sido comprimidas por la gravedad al tamaño de pequeñas ciudades. Contienen la materia más extrema del universo, lo que significa que son los objetos más densos que existen (a modo de comparación, si la Tierra estuviera comprimida a la densidad de una estrella de neutrones, mediría solo unos pocos cientos de metros de diámetro, y todos los humanos cabrían en una cucharadita). Esto hace que las estrellas de neutrones sean laboratorios naturales únicos para los físicos nucleares, cuya comprensión de la fuerza que une las partículas subatómicas se limita a su trabajo en los núcleos atómicos unidos a la Tierra. Estudiar cómo se comporta esta fuerza en condiciones más extremas ofrece una forma de profundizar en su conocimiento.

Paso en astrofísicos, que miran a galaxias distantes para desentrañar los misterios de la física.

En un estudio descrito en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society , Los astrofísicos de Bath han descubierto que la acción de dos estrellas de neutrones que se mueven cada vez más rápido a medida que avanzan en espiral hacia una colisión violenta da una pista sobre la composición del material de las estrellas de neutrones. A partir de esta información, Los físicos nucleares estarán en una posición más fuerte para calcular las fuerzas que determinan la estructura de toda la materia.

Resonancia

Es a través del fenómeno de la resonancia que el equipo de Bath ha hecho su descubrimiento. La resonancia ocurre cuando se aplica fuerza a un objeto en su frecuencia natural, generando una gran, a menudo catastrófico, movimiento vibratorio. Un ejemplo bien conocido de resonancia se encuentra cuando un cantante de ópera rompe un vidrio cantando lo suficientemente alto a una frecuencia que coincide con los modos de oscilación del vidrio.

Cuando un par de estrellas de neutrones en espiral alcanzan un estado de resonancia, su sólida corteza, que se cree que es 10 mil millones de veces más fuerte que el acero, se rompe. Esto da como resultado la liberación de un estallido brillante de rayos gamma (llamado Destello Desgarrador Resonante) que puede ser visto por los satélites. Las estrellas en espiral también liberan ondas gravitacionales que pueden ser detectadas por instrumentos en la Tierra. Los investigadores de Bath encontraron que al medir tanto el destello como la señal de la onda gravitacional, pueden calcular la 'energía de simetría' de la estrella de neutrones.

La energía de simetría es una de las propiedades de la materia nuclear. Controla la proporción de partículas subatómicas (protones y neutrones) que forman un núcleo, y cómo cambia esta relación cuando se somete a las densidades extremas que se encuentran en las estrellas de neutrones. Por lo tanto, una lectura de la energía de simetría daría una fuerte indicación de la composición de las estrellas de neutrones, y por extensión, los procesos por los cuales todos los protones y neutrones se acoplan, y las fuerzas que determinan la estructura de toda la materia.

Los investigadores enfatizan que las mediciones obtenidas mediante el estudio de la resonancia de las estrellas de neutrones utilizando una combinación de rayos gamma y ondas gravitacionales serían complementarias a, en lugar de un reemplazo para, los experimentos de laboratorio de los físicos nucleares.

"Al estudiar las estrellas de neutrones, y los cataclísmicos movimientos finales de estos objetos masivos, somos capaces de entender algo sobre lo minúsculo, pequeños núcleos que componen materia extremadamente densa, ", dijo el astrofísico de Bath, Dr. David Tsang." La enorme diferencia de escala hace que esto sea fascinante ".

Doctorado en Astrofísica estudiante Duncan Neill, quien dirigió la investigación, agregó:"Me gusta que este trabajo mire lo mismo que están estudiando los físicos nucleares. Ellos miran partículas diminutas y nosotros los astrofísicos miramos objetos y eventos a muchos millones de años luz de distancia. Manera diferente."

Dr. Will Newton, astrofísico de la Universidad Texas A&M-Commerce y colaborador del proyecto, dijo:"Aunque se conoce la fuerza que une a los quarks en neutrones y protones, No se comprende bien cómo funciona realmente cuando se unen grandes cantidades de neutrones y protones. La búsqueda para mejorar esta comprensión es ayudada por datos experimentales de física nuclear, pero todos los núcleos que sondeamos en la Tierra tienen un número similar de neutrones y protones unidos aproximadamente a la misma densidad.

"En las estrellas de neutrones, la naturaleza nos proporciona un entorno muy diferente para explorar la física nuclear:materia compuesta principalmente de neutrones y que abarca una amplia gama de densidades, hasta unas diez veces la densidad de los núcleos atómicos. En este papel, mostramos cómo podemos medir una determinada propiedad de esta materia, la energía de simetría, desde distancias de cientos de millones de años luz de distancia. Esto puede arrojar luz sobre el funcionamiento fundamental de los núcleos ".