Los cálculos apuntan a estrellas de quarks masivas

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Estrellas de quarks
¿Son las estrellas de quarks más grandes de lo que pensamos?

Para una estrella grande, la muerte es un poco apretada. Una vez que se agota su combustible nuclear, su núcleo colapsa, estallando en una dramática explosión de supernova que expulsa todas sus capas exteriores. El cuerpo que queda es una esfera fría y fuertemente compactada conocida como estrella de neutrones, la cual, si es lo bastante masiva, hace el colapso final hacia un agujero negro.

Las enormes presiones dentro de las estrellas de neutrones indican que los electrones y protones se han unido por lo que sólo quedan los neutrones. Cerca del centro, de acuerdo con la teoría, estos neutrones a veces se descomponen en un mar de quarks, o la conocida como materia de quarks extraña. Una reciente teoría implica que esta matería podría formar un estado base estable de materia nuclear – sugiriendo la existencia de “estrellas de quarks” autónomas.

Las pruebas para las estrellas de quarks son escasas, con apenas un puñado de candidatas observadas. Aún así, unos nuevos cálculos de un grupo internacional de teóricos dibujan una mejor descripción de la naturaleza de las estrellas de quarks, y sugieren que podría ser más fácil observarlas de lo que se pensaba anteriormente. “La conclusión principal de nuestro trabajo es que hay una firma clara para la posible detección de estrellas de quarks – y por tanto de esta materia de quarks extraña estable”, dice el autor Aleksi Vuorinen de la Universidad de Bielefeld en Alemania.

Aplicando la Teoría de la Perturbación

Vuorinen unió fuerzas con Aleksi Kurkela del ETH Zurich en Suiza y Paul Romatschke de la Universidad de Washington en Seattle para examinar cómo la presión de la materia de quarks extraña depende de su densidad – una relación descrita por la “ecuación de estado” de la estrella. Los físicos han buscado esto anteriormente, pero sólo usando modelos de interacciones de quarks muy simplificados. En lugar de esto, el grupo de Vuorinen ha empleado la Teoría de la Perturbación – una técnica que aproxima soluciones matemáticas de una forma escalonada, lo cual globalmente es mucho más preciso.

El resultado puede sorprender a otros físicos. La idea actual es que las estrellas de quarks deberían ser más pequeñas que las estrellas de neutrones, y que las estrellas compactas por encima de cierto tamaño – normalmente aproximadamente el doble de la masa del Sol – deben ser estrellas de neutrones puras sin un núcleo de quarks. No obstante, el grupo de Vuorinen concluye casi lo contrario: que las estrellas de quarks más grandes pueden ser mayores que las estrellas de neutrones, tal vez hasta de 2,5 masas solares. En otras palabras, como señala Vuorinen, la detección de una estrella compacta con una masa cercana a ese límite sería una “fuerte indicación” de una estrella de quarks.

Tal detección sería de un gran interés para los astrofísicos, debido a que abriría una ventana a las propiedades de la materia de quarks extraña. Al contrario que la materia de quarks caliente, o “plasma de quark-gluón”, que puede estudiarse en los aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, la materia de quarks extraña es imposible de recrear en el laboratorio actualmente.

Conclusiones controvertidas

Thomas Schaefer, físico de quarks en la Universidad Estatal de Carolina del Norte en los Estados Unidos, cree que es un “artículo muy interesante”, incluso aunque dice que algunas de las conclusiones serán controvertidas. “En realidad tiendo a concordar con lo que dicen los autores [sobre el tamaño potencial de las estrellas de quarks]”, añade.

Pero otros no están tan seguros. Mark Alfordat de la Universidad de Washington en St. Louis, Missouri, señala que la Teoría de la Perturbación usada por el grupo de Vuorinen sólo es realmente precisa cuando los quarks son millones de veces más densos que en las verdaderas estrellas de neutrones. “Cuando hablan sobre las estrellas de neutrones, están extrapolando sus cálculos a una región en la que no son fiables”, dice. “No obstante, hay una mejora en lo que había antes disponible…este artículo realmente es un paso adelante”.

El estudio está disponible como borrador en arXiv.


Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 15 de enero de 2010
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