Realmente no entendemos las estrellas de neutrones. Oh, sabemos que ellos son - son los restos sobrantes de algunas de las estrellas más masivas del universo, pero revelar su funcionamiento interno es un poco complicado, porque la física que los mantiene con vida es poco conocido.
Pero de vez en cuando dos estrellas de neutrones se juntan, y cuando lo hacen, tienden a explotar, arrojando sus entrañas cuánticas por todo el espacio. Dependiendo de la estructura interna y la composición de las estrellas de neutrones, la "eyección" (el término científico cortés para vómito de proyectil astronómico) se verá diferente para nosotros, los observadores terrestres, lo que nos dará una forma grosera pero potencialmente poderosa de entender a estas criaturas exóticas.
Turrón de estrellas de neutrones
Como habrás adivinado, las estrellas de neutrones están formadas por neutrones. Bueno, mayormente. También tienen algunos protones nadando dentro de ellos, lo cual es importante para más adelante, así que espero que lo recuerden.
Las estrellas de neutrones son los núcleos sobrantes de algunas estrellas realmente grandes. Cuando esas estrellas gigantes se acercan al final de sus vidas, comienzan a fusionar elementos más ligeros en hierro y níquel. El peso gravitacional del resto de la estrella continúa aplastando esos átomos, pero esas reacciones de fusión ya no producen un exceso de energía, lo que significa que nada impide que la estrella continúe colapsando desastrosamente sobre sí misma.
En el núcleo, las presiones y densidades se vuelven tan extremas que los electrones aleatorios se introducen dentro de los protones, convirtiéndolos en neutrones. Una vez que se completa este proceso (que lleva menos de una docena de minutos), esta bola gigante de neutrones finalmente tiene los medios para resistir un mayor colapso. El resto de la estrella rebota en ese núcleo recién forjado y explota en una hermosa explosión de supernova, dejando atrás el núcleo: la estrella de neutrones.
Espirales de fatalidad
Así que, como dije, las estrellas de neutrones son bolas gigantes de neutrones, con toneladas de material (¡el valor de un sol!) Amontonados en un volumen no más grande que una ciudad. Como puede imaginar, los interiores de estas criaturas exóticas son extraños, misteriosos y complejos.
¿Los neutrones se agrupan en capas y forman pequeñas estructuras? ¿Son los interiores profundos una espesa sopa de neutrones que cada vez se vuelven más y más extraños? ¿Eso da paso a cosas aún más extrañas? ¿Qué pasa con la naturaleza de la corteza, la capa más externa de electrones empaquetados?
Hay muchas preguntas sin respuesta cuando se trata de estrellas de neutrones. Pero afortunadamente, la naturaleza nos dio una forma de mirar dentro de ellos.
Desventaja menor: tenemos que esperar a que dos estrellas de neutrones choquen antes de tener la oportunidad de ver de qué están hechas. ¿Te acuerdas de GW170817? De hecho, fue el gran descubrimiento de ondas gravitacionales que emanan de dos estrellas de neutrones en colisión, junto con una serie de observaciones de seguimiento de telescopios de fuego rápido a través del espectro electromagnético.
Todas estas observaciones simultáneas nos dieron la imagen más completa hasta ahora de los llamados kilonovas, o poderosas explosiones de energía y radiación de estos eventos extremos. El episodio particular de GW170817 fue el único atrapado con detectores de ondas gravitacionales, pero ciertamente no fue el único que sucedió en el universo.
Una esperanza de neutrones
Cuando las estrellas de neutrones colisionan, las cosas se complican muy rápido. Lo que hace que las cosas sean especialmente desordenadas es la pequeña población de protones que acechan dentro de la estrella de neutrones en su mayoría de neutrones. Debido a su carga positiva y la rotación súper rápida de la estrella en sí, pueden crear un campo magnético increíblemente fuerte (en algunos casos, los campos magnéticos más poderosos de todo el universo) y esos campos magnéticos juegan algunos juegos perversos.
A raíz de una colisión de estrellas de neutrones, los restos andrajosos de las estrellas muertas continúan girando uno alrededor del otro en órbita rápida, con algunas de sus entrañas expandiéndose en una onda de explosión titánica, alimentada por la energía del choque.
El material giratorio restante forma rápidamente un disco, con ese disco enhebrado por fuertes campos magnéticos. Y cuando los fuertes campos magnéticos se encuentran dentro de discos que giran rápidamente, comienzan a plegarse sobre sí mismos y a amplificarse, volviéndose aún más fuertes. A través de un proceso que no se comprende del todo (porque la física, como el escenario, se vuelve un poco desordenado), estos campos magnéticos se enrollan cerca del centro del disco y canalizan el material hacia afuera y lejos del sistema: un chorro.
Los chorros, uno en cada polo, explotan hacia afuera, transportando radiación y partículas lejos del accidente cósmico de automóviles. En un artículo reciente, investigado investigó la formación y la vida útil del chorro, observando con especial cuidado cuánto tiempo tarda en formarse un chorro después de la colisión inicial. Resulta que los detalles del mecanismo de lanzamiento del chorro dependen del contenido interior de las estrellas de neutrones originales: si cambia la forma en que se estructuran las estrellas de neutrones, obtiene diferentes historias de colisión y diferentes firmas en las propiedades de los chorros.
Con observaciones más horripilantes de kilonovas, aún podríamos ser capaces de discernir algunos de estos modelos y aprender qué hace que las estrellas de neutrones realmente funcionen.
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