¿Qué es una estrella de neutrones?

El cadáver más denso que se puede observar directamente

Cuando una estrella mucho más masiva que el Sol agota el combustible de su núcleo, deja de generar la presión que la sostenía contra su propia gravedad y colapsa sobre sí misma en cuestión de segundos. Si lo que queda del núcleo pesa entre aproximadamente 1 y 3 masas solares, el colapso se frena de golpe: los electrones se funden con los protones y todo el material pasa a ser, casi en su totalidad, neutrones.^[1] El resultado es una estrella de neutrones: hasta dos masas solares comprimidas en una esfera de apenas unos 20 km de diámetro, del tamaño de una ciudad.

La estrella progenitora tiene que ser bastante grande para llegar a este final. Según la NASA, una estrella de entre 7 y 19 masas solares termina como estrella de neutrones; por encima de 20 masas solares, en cambio, ni los neutrones alcanzan para frenar el colapso y lo que queda es un agujero negro.^[1] Las estrellas más chicas, como el Sol, nunca llegan a este punto: terminan como enanas blancas, mucho menos comprimidas.

Lo que hace célebre a una estrella de neutrones es la densidad. Si se pudiera traer a la Tierra un cubo del tamaño de un terrón de azúcar hecho con su materia, pesaría cerca de 1 billón de kilogramos —unos 1.000 millones de toneladas—, el peso aproximado de una montaña entera comprimido en un volumen de un centímetro cúbico.^[1] Haciendo la cuenta (masa sobre volumen), esa densidad ronda los 10¹⁸ kg por metro cúbico: del orden de la densidad de un núcleo atómico, mil billones de veces la del agua.

Muchas de las estrellas de neutrones que se conocen se detectaron como púlsares: objetos que, al girar, barren el cielo con un haz de ondas de radio (o rayos X) como el foco de un faro. Cuando ese haz apunta hacia la Tierra en cada vuelta, los radiotelescopios registran un pulso regularísimo. El récord de velocidad de giro lo tiene el púlsar PSR J1748-2446ad, que da unas 43.000 vueltas por minuto —cerca de 716 por segundo—, el doble de rápido que las cuchillas de una licuadora.^[1] Además, estos objetos tienen los campos magnéticos más intensos que se conocen: miles de millones o billones de veces más fuertes que el de la Tierra, y hasta mil veces más en la variante más extrema, los magnetares.^[1]

Cómo lo sabemos

La primera pista llegó por accidente. A fines de noviembre de 1967, Jocelyn Bell, entonces estudiante de doctorado en Cambridge, revisaba kilómetros de papel de un radiotelescopio diseñado por su director, Antony Hewish, para estudiar el centelleo de fuentes de radio lejanas. Encontró una señal que no encajaba: pulsos extremadamente regulares, cada 1,337 segundos, demasiado rápidos y estables para ser ruido terrestre o una fuente natural conocida. El equipo publicó el hallazgo en Nature en febrero de 1968 y propuso, con cautela, que el origen podían ser oscilaciones de una enana blanca o de una estrella de neutrones.^[2] Nadie había visto una estrella de neutrones hasta entonces: eran, hasta ese momento, una posibilidad teórica planteada en los años treinta.

Medir una estrella de neutrones de verdad —no solo detectar su pulso— es mucho más difícil, porque está a años luz y es demasiado chica y débil para resolverla con un telescopio común. La herramienta más precisa hoy es NICER, un instrumento de rayos X de la NASA instalado en la Estación Espacial Internacional. NICER registra el instante exacto de llegada de cada fotón de rayos X que sale de manchas calientes en la superficie del púlsar, con una precisión de menos de cien nanosegundos, y modela cómo varía ese brillo a medida que la estrella gira y la gravedad curva la luz a su alrededor. De esa curva de luz se obtiene el radio; de un efecto relativista llamado retraso de Shapiro en estrellas con compañera, la masa. En diciembre de 2019, dos equipos independientes usaron así los datos de NICER sobre el púlsar PSR J0030+0451 —que no tiene compañera— y llegaron a resultados muy parecidos entre sí: entre 1,3 y 1,4 masas solares y entre 25,4 y 26 km de diámetro.^[3] Fue la primera vez que se pesó y se midió el tamaño de una estrella de neutrones aislada con ese nivel de precisión, y a partir de esos números los físicos pueden descartar o sostener distintas teorías sobre qué tan comprimida puede estar la materia antes de volverse otra cosa.

Lo que se suele decir mal

Se suele hablar de “estrella de neutrones” y “púlsar” como sinónimos, pero no lo son del todo: un púlsar es una estrella de neutrones cuyo haz de radiación barre la Tierra a cada vuelta; hay estrellas de neutrones cuyo haz nunca nos apunta y que, por eso, no se detectan como pulsos aunque existan igual.

También quedó como una de las injusticias más comentadas de la historia de la ciencia que el Nobel de Física de 1974 —el primero que reconoció un hallazgo astronómico— se lo repartieran Antony Hewish y Martin Ryle “por su investigación pionera en radioastrofísica”, sin incluir a Jocelyn Bell, quien fue la que detectó la señal entre los registros.^[4] La Real Academia de Ciencias sueca nunca explicó públicamente la exclusión, y el propio Fred Hoyle la cuestionó en su momento; Bell, por su parte, restó importancia al asunto años después, aunque el episodio se sigue citando como ejemplo de cómo el crédito científico no siempre sigue a quien hizo el descubrimiento.