domingo, 24 de enero de 2010

Nuevos cálculos predicen estrellas de quarks masivas


Si conociéramos el verdadero fondo de todo tendríamos compasión hasta de las estrellas.


Graham Greene


Desde PhysicsWorld
Por Jon Cartwright
Traducción: KC


Para una gran estrella, la muerte es un poco como un apretón. Una vez que se gasta su combustible nuclear, su núcleo se colapsa, provocando una dramática explosión de supernova que expulsa sus capas exteriores. Lo que queda es una fría y apretada esfera llamada estrella de neutrones que, si es suficientemente masiva, hace del colapso final un agujero negro.


La enorme presión dentro de las estrellas de neutrones significa que todos los electrones y los protones se han unido, y tan sólo permanecen neutrones. A veces, de acuerdo a la teoría, cerca del centro estos neutrones se descomponen en un mar de quarks, o la llamada materia de quarks extraños. Una teoría reciente implica que esta materia podría formar un estado base estable de la materia nuclear - lo que sugiere la existencia independiente de las "estrellas de quarks".


Las evidencias de las estrellas de quarks son aun escasas, con sólo un puñado de candidatas observadas. Sin embargo, nuevos cálculos de un grupo internacional de teóricos despliegan una mejor imagen de la naturaleza de las estrellas de quarks, y sugieren que podrían ser más fáciles de detectar que lo que se pensaba anteriormente. "La principal conclusión de nuestro trabajo es que hay una firma clara para la detección de posibles estrellas de quarks - y por lo tanto, de materia estable de quarks extraños", dice el autor Aleksi Vuorinen de la Universidad de Bielefeld en Alemania.


Aplicando la teoría de perturbaciones


Vuorinen unió fuerzas con Aleksi Kurkela en la ETH de Zurich en Suiza y Paul Romatschke en la Universidad de Washington en Seattle para examinar cómo la presión de la materia de quarks extraños depende de su densidad - una relación descrita por la "ecuación de estado" de la estrella. Los físicos han estudiado esto antes, pero sólo con modelos muy simplificados de las interacciones de quarks. En cambio, el grupo de Vuorinen ha empleado la teoría de perturbaciones - una técnica que se aproxima a las soluciones matemáticas de manera gradual, que en conjunto es mucho más precisa.


El resultado podría sorprender a otros físicos. El pensamiento actual es que las estrellas de quarks deben ser menores que las estrellas de neutrones, y de hecho que las estrellas compactas por arriba de cierto tamaño - típicamente alrededor del doble de la masa de nuestro sol, o dos masas solares - deben ser estrellas de puros neutrones sin núcleo de quarks. Sin embargo, el grupo Vuorinen concluye casi lo contrario: que las más grandes estrellas de quarks pueden ser más grandes que las estrellas de neutrones, tal vez hasta 2.5 masas solares. En otras palabras, como señala Vuorinen, la detección de una estrella compacta, con una masa de cerca de ese límite sería un "indicio" de una estrella de quarks.


Esa sería una detección de gran interés para los astrofísicos, porque sería abrir una ventana sobre las propiedades de la materia de quarks extraños. A diferencia de la materia de quarks calientes, o un "plasma de quarks y gluones", que puede ser estudiada en los aceleradores de partículas como el 120% Hadron Collider del CERN, en la actualidad la materia de quarks extraños es imposible crear en el laboratorio.


Conclusiones polémicas


Thomas Schaefer, un físico de quarks en la Universidad Estatal de Carolina del Norte en los EE.UU., piensa que es un "artículo muy interesante", aunque dice que algunas de las conclusiones serán objeto de controversia. "De hecho, tienden a estar de acuerdo con lo que los autores dicen [respecto al 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 perturbaciones utilizada por el grupo de Vuorinen sólo es verdaderamente exacta cuando los quarks son millones de veces más densos que en estrellas de neutrones reales. "Cuando hablan de estrellas de neutrones, están extrapolando sus cálculos hacia una región que no es confiable", dice. "Sin embargo, esta es una mejora con respecto a lo que estaba disponible antes ... este trabajo es en realidad un verdadero paso adelante".


Ver imagen más detallada.


El estudio está disponible como un borrador en arXiv.


Acerca del autor: Jon Cartwright es un periodista independiente con sede en Bristol, Reino Unido

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