Utilizando un método pionero, Investigadores del Grupo de Astronomía y Astrofísica de la UPC y del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han encontrado una estrella de neutrones de unas 2,3 masas solares, una de las más masivas jamás detectadas. El estudio fue publicado el 23 de mayo en el Diario astrofísico y abre un nuevo camino de conocimiento en muchos campos de la astrofísica y la física nuclear.

Las estrellas de neutrones (a menudo llamadas púlsares) son remanentes estelares que han llegado al final de su vida evolutiva:son el resultado de la muerte de una estrella de entre 10 y 30 masas solares. A pesar de su pequeño tamaño (unos 20 kilómetros de diámetro), las estrellas de neutrones tienen más masa que el sol, por lo que son extremadamente densos.

Investigadores de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) utilizaron un método innovador para medir la masa de una de las estrellas de neutrones más pesadas conocidas hasta la fecha. Descubierto en 2011 y llamado PSR J2215 + 5135, con alrededor de 2,3 masas solares, es uno de los más masivos de los más de 2, 000 estrellas de neutrones conocidas hasta la fecha. Aunque un estudio publicado en 2011 informó evidencia de una estrella de neutrones con 2,4 masas solares, las estrellas de neutrones más masivas que previamente habían logrado un consenso entre los científicos, reportado en 2010 y 2013, tener 2 masas solares.

El estudio fue dirigido por Manuel Linares, Investigadora Marie-Curie del Grupo de Astronomía y Astrofísica (GAA), vinculado al Departamento de Física de la UPC, en colaboración con los astrónomos Tariq Shahbaz y Jorge Casares del IAC. Los investigadores utilizaron datos obtenidos del Gran Telescopio Canarias (GTC), el telescopio óptico e infrarrojo más grande del mundo, el telescopio William Herschel (WHT), el Isaac Newton Telescope Group (ING) y el telescopio IAC-80, en combinación con modelos dinámicos de estrellas binarias con irradiación. Un artículo que informa sobre los resultados del estudio, titulado "Mirando hacia el lado oscuro:las líneas de magnesio establecen una estrella de neutrones masiva en PSR J2215 + 5135", fue publicado en el Diario astrofísico .

Un método de medición pionero

El equipo desarrolló un método más preciso que los utilizados hasta la fecha para medir la masa de estrellas de neutrones en binarias compactas. PSR J2215 + 5135 es parte de un sistema binario, en el que dos estrellas orbitan alrededor de un centro de masa común:una estrella "normal" (como el sol) "acompaña" a la estrella de neutrones. La estrella secundaria o compañera es fuertemente irradiada por la estrella de neutrones.

Cuanto más masiva es la estrella de neutrones, cuanto más rápido se mueva la estrella compañera en su órbita. El nuevo método utiliza líneas espectrales de hidrógeno y magnesio para medir la velocidad a la que se mueve la estrella compañera. Esto permitió al equipo dirigido por Manuel Linares medir por primera vez la velocidad de ambos lados de la estrella compañera (el lado irradiado y el lado sombreado), y mostrar que una estrella de neutrones puede tener más del doble de la masa del sol.

Este nuevo método también se puede aplicar al resto de esta creciente población de estrellas de neutrones:durante los últimos 10 años, el telescopio de rayos gamma Fermi-LAT de la NASA ha revelado docenas de púlsares similares al PSR J2215 + 5135. En principio, El método también se puede utilizar para medir la masa de agujeros negros y enanas blancas (restos de estrellas que mueren con más de 30 o menos de 10 masas solares, respectivamente) cuando se encuentran en sistemas binarios similares en los que la irradiación es importante.

Más denso que un núcleo atómico

Poder determinar la masa máxima de una estrella de neutrones tiene consecuencias muy importantes para muchos campos de la astrofísica, así como para la física nuclear. Las interacciones entre nucleones (los neutrones y protones que forman el núcleo de un átomo) a altas densidades son uno de los grandes misterios de la física actual. Las estrellas de neutrones son un laboratorio natural para estudiar los estados de materia más densos y exóticos que se puedan imaginar.

Los resultados del proyecto también sugieren que para soportar el peso de 2,3 masas solares, la repulsión entre las partículas del núcleo de la estrella de neutrones debe ser suficientemente fuerte. Esto indicaría que es poco probable que encontremos quarks libres u otras formas exóticas de materia en el centro de la estrella de neutrones.