13 abr. 2014

¿Contiene el remanente de la SN 1987A una estrella de quarks?

Una estrella de quarks, también denominada estrella extraña, es un tipo de objeto estelar remanente que dada su extremadamente alta densidad está formado exclusivamente por quarks extraños (s) en estado desconfinado. Estos quarks desconfinados están en un estado plasmático junto con los bosones mediadores de la fuerza nuclear fuerte, denominados gluones; los que se encargan de “pegotear” a los quarks u y d en el interior de las partículas (por ejemplo los nucleones). Este estado de plasma, el cual por definición resulta neutro en conjunto, se denomina plasma de quark-gluones.
Según los teóricos, esta conformación extraña de la materia podría encontrarse en el núcleo de las estrellas de neutrones, donde la densidad es tal que el estado de degeneración de los neutrones se hace insostenible. Aunque también se teoriza que puedan existir estrellas completamente formadas por esta mezcla de quarks extraños y mesones interactuando entre sí de manera autoligada. Estas estrellas estarían a medio camino entre un agujero negro y una estrella de neutrones.
La investigación sugiere que las estrellas de neutrones se pueden transformar poco a poco en estrellas de quarks. Es decir que la población de estrellas remanente que comúnmente se denominan de neutrones (sin contar enanas blancas ni agujeros negros) se componen principalmente de estrellas extrañas. Hipotéticamente, el campo electromagnético de una estrella extraña sería muy intenso en su superficie y su luminosidad sería tal que no habría posibilidad de confundirlas con otra cosa. El problema es que no se ha detectado ninguna, por lo cual existen controversias al respecto.

Representación esquemática de una estrella de neutrones. By NASA.
Deducir el estado de esta composición empaquetada de la materia tanto en estrellas de neutrones como en estrellas extrañas no es tarea simple, aunque muchos teóricos sostienen que pueden ser más tendientes a un líquido que a un sólido. Sin ambargo, Prashanth Jaikumar, del Argonne National Laboratory y sus colegas teorizan que para exhibir esos enormes campos eléctricos en su superficie, las estrellas extrañas deberían poseer una superficie muy lisa, como la de un sólido casi perfecto. Aunque afirma que el hecho de que no se detecten podría deberse a que en realidad no son sólidas, sino que poseen una superficie granulada o burbujeante debido a la presencia de los quarks desligados.
"Es como tomar agua y agregarle detergente", dice Jaikumar. "El detergente reduce la tensión superficial del agua y permite que se formen burbujas. En una estrella extraña, las burbujas están formadas de materia extraña de quarks, los cuales flotan en un mar de electrones. En consecuencia, la superficie de la estrella puede ser crujiente, no es suave. El efecto de la tensión superficial había sido pasado por alto antes". 
La consecuencia directa de esto es que una estrella extraña no tendría un gran campo eléctrico en su superficie y por lo tanto no podría ser super-luminosa. Esta teoría también permite que una extraña estrella sea menos densa de lo que se pensaba. Vale aclarar, son increíblemente densas, pero no tanto como se creía anteriormente.

Relación entre las estrellas extrañas y la materia oscura

Se supone que gran parte de la materia en nuestro universo puede estar hecha de un tipo de materia oscura denominada WIMP (weakly interacting massive particles). Aunque algunos científicos predicen que estas partículas hipotéticas poseen muchas de las propiedades necesarias para dar cuenta de la materia oscura, no han sido capaces de hacer predicciones precisas acerca de su masa. En un nuevo estudio, los físicos han derivado un límite en la masa WIMP calculando cómo estas partículas de materia oscura pueden transformar las estrellas de neutrones en estrellas de quarks.
M. Ángeles Pérez-García, de la Universidad de Salamanca, España, junto con Joseph Silk y Jirina R. Stone, de la Universidad de Oxford y la Universidad de Tennessee demostraron que cuando una estrella de neutrones capta gravitacionalmente WIMPs cercanos, las WIMPs pueden desencadenar la conversión de la estrella de neutrones en una estrella extraña.
Una cuestión importante es saber si la alta densidad de las estrellas extrañas (formadas por quark “extraños”) es más estable que la materia ordinaria (que se compone de quarks u y d, “arriba” y “abajo”). Jaikumar y sus colegas creen que a medida que una estrella de neutrones se comprime por gravedad y su densidad aumenta en el núcleo, ésta puede convertirse en el estado más estable de la materia la cual está compuesta de quarks extraños, formando una estrella extraña.
Queda, entonces, por descubrir si existen estrellas extrañas, o no. De todas maneras, cualquier descubrimiento tendrá importantes implicaciones para la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD), la cual es la teoría fundamental de los quarks. "Encontrar una estrella extraña mejorará nuestra comprensión de la cromodinámica cuántica, la teoría fundamental de la fuerza nuclear. Y también sería la primera evidencia sólida de que la materia formada por quark desligados sería estable", dijo Jaikumar.

El remanente de la SN 1987 A podría estar formado por una estrella de Quarks

En 2009, Kwong Sang-Cheng de la Universidad de Hong Kong, China, y sus colegas han presentado pruebas de que una estrella de quarks se halla en el remanente de supernova SN 1987A (arriba), que se encuentra entre las supernovas más cercanas que se han producido.
Además, la observación de una estrella de quarks podría arrojar luz sobre lo que sucedió justo después del Big Bang, porque en este momento, el Universo estaba lleno de un denso mar de quarks a temperaturas de miles de millones de grados. Mientras que algunos grupos han afirmado haber encontrado candidatas a estrellas de quarks, todavía no se ha confirmado ningún descubrimiento.
El nacimiento de una estrella de neutrones es conocido por estar acompañado por una sola ráfaga de neutrinos. Pero cuando el equipo examinó los datos de dos detectores de neutrinos, el Kamiokande II en Japón y el Irvine-Michigan-Brookhaven en los EE.UU., encontraron que de la SN 1987A se emitieron desde dos explosiones separadas.

Remanente de la SN 1987A. Crédito: NASA
Cheng afirmó que hay un retardo de tiempo significativo entre los estallidos registrados por estos dos detectores. Ellos creen que la primera explosión ocurrió cuando se formó una estrella de neutrones, mientras que la segunda explosión ocurrió después, por su colapso en una estrella de quarks. Los resultados aparecieron en la revista The Astrophysical Journal (www.arxiv.org/abs/0902.0653v1).
"Este modelo es intrigante y razonable", dice Yong-Feng Huang de la Universidad de Nanjing, China. "Se pueden explicar muchas de las características clave de la SN 1987A." 
Sin embargo, Edward Witten del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, no está convencido. "Espero que estén bien", dice. "Mi primera reacción, sin embargo, es que esto es inexacto."
Nuevos observatorios de rayos X de alta resolución, destinados a orbitar nuestro planeta en los próximos años, pueden tener la última palabra. “Las estrellas de neutrones y las estrellas de quarks deben verse muy diferentes en longitudes de onda de rayos X”, dice Cheng.

Por Mariano Miguel Lanzi
Fuentes: The Daily Galaxy

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