Las colisiones entre estrellas de neutrones son eventos cósmicos fascinantes que conducen a la formación de numerosos elementos químicos. Las temperaturas durante estas colisiones son exponencialmente altas, alcanzando típicamente hasta cientos de miles de millones de grados Celsius.

La colaboración de HADES, un gran equipo de investigadores que trabajan en diferentes universidades de todo el mundo, ha recopilado recientemente la primera medición de la radiación electromagnética térmica producida durante las colisiones de estrellas, conocida como radiación de cuerpo negro, en un entorno de laboratorio. Su estudio, esbozado en un artículo publicado en Física de la naturaleza , ha llevado a la observación de temperaturas de aproximadamente 800 mil millones de grados Celsius, que son comparables a los que ocurren durante las colisiones de estrellas.

"En nuestro estudio, Rompimos núcleos (por ejemplo, núcleos de oro) a energías relativistas de frente, "Joachim Stroth, portavoz de la colaboración HADES, dijo Phys.org. "Esto produce formas de materia en condiciones que no existen normalmente. Solo las estrellas de neutrones alcanzan tales densidades (o incluso más altas) y cuando las estrellas de neutrones se fusionan, su temperatura puede llegar a ser tan alta como en nuestro experimento. Es por eso que podemos formar un tipo de materia cósmica en el laboratorio ".

En su estudio, Stroth y sus colegas utilizaron el sistema de detectores HADES en el centro de aceleración GSI / FAIR en Darmstadt para obtener nuevos conocimientos sobre las colisiones de dos núcleos pesados ​​a energías relativistas. Esto les permitió recopilar observaciones de laboratorio en profundidad de las propiedades microscópicas de los estados de la materia de tipo cósmico.

Los investigadores crearon específicamente la materia de la cromodinámica cuántica (QCD) como un estado transitorio mediante la colisión de iones pesados ​​en energías relativistas. Este tipo de materia puede existir en diferentes fases dependiendo de una serie de factores, incluida la temperatura, presión y potencial barioquímico.

Al observar los estados de la materia QCD, los investigadores esperaban comprender mejor la materia y las colisiones de las estrellas neuronales. Una cuestión clave que se propusieron investigar fue si los constituyentes de los núcleos, que son esencialmente los componentes básicos de la materia, pueden cambiar sus propiedades en condiciones extremas.

"Medimos la radiación electromagnética emitida por las bolas de fuego formadas en la colisión, ", Explicó Stroth. Esta radiación puede decirnos mucho sobre las propiedades de los componentes. Sin embargo, esta es una medida difícil de lograr, como las bolas de fuego viven por muy poco tiempo (10 ^-22 s) y la radiación rara vez se emite ".

Los hadrones son partículas compuestas formadas por tres quarks (barión) de un antiquark y un quark (mesón) unidos por la fuerza fuerte. Cuando estas partículas se desintegran, a veces producen fotones virtuales, que son fotones que no pueden detectarse directamente porque su existencia viola la conservación de energía y momento.

Estos fotones virtuales, que llevan toda la información sobre las partículas subatómicas en descomposición, también se desintegran inmediatamente en pares de electrones (es decir, un electrón y un positrón). En su estudio, Stroth y sus colegas detectaron estas partículas usando un espectrómetro.

"Observamos que la temperatura en la zona de colisión puede alcanzar los 800 mil millones de grados y la densidad puede ser tan alta como tres veces la densidad de saturación nuclear, ", Dijo Stroth." Encontramos que bajo tales condiciones los bloques de construcción de la materia se modifican sustancialmente. Esto también significa que las propiedades de la materia son muy diferentes, como si los bloques de construcción simplemente conservaran sus propiedades ".

La colaboración de HADES es el primer equipo de investigación que mide con éxito temperaturas similares a las que ocurren durante las colisiones de estrellas en un entorno de laboratorio. Los hallazgos de este equipo podrían mejorar significativamente la comprensión científica actual de los eventos de fusión de estrellas de neutrones, al mismo tiempo que arroja luz sobre la producción de materia a partir de quarks y gluones elementales.

"Actualmente estamos construyendo un experimento sucesor de HADES que se operará en las nuevas instalaciones de FAIR a partir de 2025, "Dijo Stroth." Con este detector podremos extender las mediciones a temperaturas y densidades más altas ".

© 2019 Science X Network