Estos extraños cadáveres estelares tienen centros cremosos llenos de exóticos líquidos cuánticos.

Estos extraños cósmicos podrían avergonzar a las trufas terrestres.

 

Dentro de miles de millones de años, cuando el sol esté en su agonía final de muerte (es decir, después de que ya haya vaporizado la Tierra), su núcleo de helio colapsará sobre sí mismo, convirtiéndose en una bola de gas brillante fuertemente comprimida llamada enana blanca.

Pero mientras estas lápidas estelares ya salpican nuestro paisaje galáctico, sus interiores siguen siendo un rompecabezas de la física, lo cual no es ninguna sorpresa, dado lo extraños que son.

Recientemente, un par de investigadores han creado un sofisticado modelo para «mirar» el interior de una enana blanca. ¿Y adivina qué? Estos extraños cósmicos podrían avergonzar a las trufas terrenales, ya que parecen tener centros cremosos llenos de exóticos líquidos cuánticos.

 

La estrella una vez orgullosa

Las estrellas como nuestro sol obtienen su energía fusionando hidrógeno en helio en lo profundo de sus núcleos. Esta producción de energía no puede durar para siempre – eventualmente, el hidrógeno disponible se agota y la fiesta se detiene. Pero cerca del final de sus vidas, las estrellas pueden volver a encender brevemente las luces quemando helio, dejando un núcleo inerte y muerto de carbono y oxígeno.

Pero las estrellas más pequeñas como nuestro sol no tienen suficiente energía gravitacional para fusionar el carbono y el oxígeno en elementos más pesados como el magnesio o el hierro, por lo que mueren, volviéndose del revés y liberando sus atmósferas en una hermosa (o sangrienta, dependiendo de su punto de vista) nebulosa planetaria.

Ese núcleo de carbono y oxígeno permanece detrás, una fracción significativa de la masa de la estrella encerrada dentro de un núcleo no mayor que la Tierra. Cuando los astrónomos descubrieron por primera vez estos extraños objetos -ahora conocidos como enanas blancas- pensaron que eran imposibles, con densidades calculadas que se elevaban por encima de mil millones de veces la del aire que respiramos. ¿Cómo podría algo tener una densidad tan extrema y no colapsar simplemente bajo su propio y terrible peso?

Pero las enanas blancas no son imposibles, y los conocimientos teóricos de principios del siglo XX resolvieron el misterio de cómo podrían existir las enanas blancas. La respuesta llegó en forma de mecánica cuántica, y la comprensión de que a altas densidades, la naturaleza es, para decirlo simplemente, muy extraña. En el caso de las enanas blancas, sólo un cierto número de electrones pueden ser embalados en su interior. Dado que estos electrones giratorios se repelen entre sí, juntos crean suficiente presión para mantener las estrellas muertas en globo, soportando incluso las fuerzas casi abrumadoras de la gravedad.

Y así los cadáveres estelares pueden vivir durante trillones de años.

Centros rellenos de crema

Mientras que estos primeros cálculos mostraron cómo las enanas blancas podían existir en nuestro universo, los astrofísicos sabían que las descripciones simples no capturarían completamente lo que está sucediendo en estos núcleos exóticos. Después de todo, este es un estado de la materia que es completamente inaccesible para los laboratorios y experimentos aquí en la Tierra – ¿quién sabe a qué juegos extraños podría llegar la naturaleza, en el fondo de estos corazones muertos?

 

Físicos y astrónomos por igual se han estado preguntando sobre los interiores de las enanas blancas durante décadas, y en un artículo reciente publicado en la revista de preimpresión arXiv, un par de físicos teóricos rusos han propuesto un nuevo modelo de los núcleos profundos de las enanas blancas, detallando cómo su modelo se construye y se desvía del trabajo anterior, y cómo los observadores pueden potencialmente decir si su nuevo modelo es preciso.

En este nuevo modelo, los científicos simularon el núcleo de la enana blanca como compuesto de un solo tipo de núcleos cargados pesados (esto no es del todo exacto, ya que las enanas blancas son una mezcla de varios elementos como el carbono y el oxígeno, pero es un buen punto de partida), con estas partículas sumergidas en una gruesa sopa de electrones.

Esta configuración asume que las enanas blancas son lo suficientemente calientes como para tener interiores líquidos, lo cual es una suposición razonable, dado que cuando nacen (o mejor dicho, cuando finalmente son expuestas después de la muerte de sus estrellas anfitrionas), tienen temperaturas que superan con creces el millón de grados Kelvin.

Las capas más externas de una enana blanca están expuestas al ambiente frígido de un vacío puro, permitiendo que el hidrógeno se asiente en la superficie, dándoles una atmósfera ligera y delgada. Y en tiempos extremos, las enanas blancas se enfrían, formando eventualmente un cristal gigante, pero eso es tiempo suficiente para que la mayoría de las enanas blancas estén llenas de un exótico líquido cuántico de carbono y oxígeno, así que el modelo usado en este estudio es relativamente preciso para una gran fracción de la vida de una enana blanca.

Superficies de firma

Dado que las vísceras de la enana blanca representan uno de los ambientes más inusuales del universo, su estudio podría revelar algunas propiedades profundas de la mecánica cuántica en condiciones extremas. Pero ya que los científicos nunca pueden esperar atar a una enana blanca cercana para traerla para una vivisección, ¿cómo es posible que podamos echar un vistazo bajo el capó?

Los investigadores del nuevo modelo mostraron cómo la luz emitida por las enanas blancas puede ser diferente al calor. Las enanas blancas no generan calor por sí solas; sus intensas temperaturas son el resultado de las presiones gravitatorias extremas a las que se enfrentaron cuando estaban dentro de las estrellas. Pero una vez que su estrella anfitriona vuela y son expuestos al espacio, brillan intensamente – en los primeros miles de años después de su gran revelación, están tan calientes que emiten radiación de rayos X.

 

Pero se enfrían, muy lentamente, filtrando su calor en forma de radiación al espacio. Y hemos estado observando enanas blancas durante el tiempo suficiente como para verlas enfriarse a lo largo de años y décadas. La rapidez con la que se enfrían depende de la eficacia con la que el calor atrapado puede escapar a sus superficies, lo que a su vez depende de la naturaleza exacta de sus intestinos.

Otra característica que los investigadores mostraron que podría usarse para sondear dentro de las enanas blancas es su siempre tan leve bamboleo. Al igual que la sismografía se utiliza para estudiar el núcleo de la Tierra, la composición y el carácter de una enana blanca cambia la forma en que las vibraciones se despliegan en la superficie.

Por último, podemos utilizar poblaciones de enanas blancas para obtener una pista sobre sus interiores, ya que la relación entre sus masas y sus tamaños depende de las relaciones cuánticas-mecánicas precisas que gobiernan sus interiores.

En particular, la nueva investigación sugiere que la mayoría de las enanas blancas deberían enfriarse más rápido de lo que solíamos pensar, vibrar un poco menos de lo que sugieren los modelos anteriores y ser un poco más grandes de lo esperado que si no tuviéramos en cuenta este modelo más realista. Ahora depende de los astrónomos hacer mediciones lo suficientemente precisas para ver si realmente estamos entendiendo estos ambientes exóticos, o si necesitamos intentarlo de nuevo.

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Paul M. Sutter es astrofísico en The Ohio State University , anfitrión de y Radio Espacial , y autor de Tu lugar en el Universo .

Publicado originalmente en Misterius.net .

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