ESTRELLA DE NEUTRONES.

Las estrellas de neutrones son objetos caóticos super densos, calientes y muy pequeños, son de gran interés en el campo de la astrofísica.

Un ejemplo conocido de estrella de neutrones (Púlsar) es PSR1257+12, donde fueron descubiertos los primeros exoplanetas.

Impresión de un Magnetar. Crédito: ESO/L. Calçada

Historia.

Fueron propuestas por primera vez en 1934 por Walter Baade y Fritz Zwicky, decían en su artículo que eran un producto de una supernova (lo cual es cierto). Fue hasta 1967 cuando se detectó el primer púlsar que se pudo confirmar la existencia de las estrellas de neutrones, la relación entre los púlsares y las estrellas de neutrones fue hecha por Thomas Gold.

   Características.

Las estrella de neutrones provienen de la explosión de una supernova, pero para que la estrella termine como estrella de neutrones y no como agujero negro (para que se forme un agujero negro la estrella tiene que tener mas de 20 masas solares) tiene que tener una masa de entre 8 a 20 masas solares, gran parte de esta masa se perderá en la explosión de la supernova, las estrellas de neutrones son el núcleo de estrellas masivas. Las supernovas que forman las estrellas de neutrones son supernovas tipo II, las supernovas tipo I son un tipo diferente y se crea a partir de un proceso distinto, las supernovas tipo II se forman a través el colapso de una supergigante.

Por si te lo preguntabas, una estrella menor de 8 masas solares no hará una supernova, estas estrellas luego de pasar por la secuencia principal se transformarán en gigantes rojas para luego continuar a un estado de enana blanca, donde se mantendrán por muchos miles de millones de años hasta ser una enana negra.

Impresión artística de una estrella de neutrones altamente magnética.
Crédito: NASA's Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger

Una estrella de neutrones esta completamente hecha de metales, esto es debido a que la estrella de neutrones es el centro de la anterior estrella, las capas externas con materiales mas ligeros fueron expulsadas en la supernova. Los materiales mas pesados no suelen fusionarse tanto como los ligeros, por lo que a veces se habla de estas estrellas como ''estrellas muertas''(aunque este termino se usa principalmente en enanas blancas). Estas estrellas están formadas obviamente de neutrones, pero puede estar hechas de mesones condensados o incluso quarks desconfinados, lo que haría la estrella incluso mas densa, si esta hecha en su mayoría de quarks pasa a ser una estrella de quarks, un tipo de estrella que no ha sido vista y no se sabe si puede existir, de ser así, sería la fase intermedia entre una estrella de neutrones y un agujero negro. Un ejemplo de una posible estrella de quarks es la estrella RX J1856.5-3754.

La temperatura de estas estrellas va en ordenes de cientos de miles de grados, son las estrellas mas calientes de todas, aún así, su tamaño hace que sean muy poco luminosas, además, la mayor parte de su energía es liberada en el espectro de los rayos X y Gamma. Son aún mas calientes justo después de que se formen (cuando sucede la supernova), su temperatura llega a ser de 10^11 (diez a la once) pero al cabo de pocos años baja a la temperatura antes mencionada.

Los campos magnéticos de las estrella de neutrones es extremadamente grande, en comparación, el Sol tiene un campo de unos 50 Gauss (Gauss es la unidad para medir el campo magnético en un área), una estrella de neutrones normalmente tiene un billón de Gauss.

Estas estrellas son conocidas por su tamaño, que es de unos 10-30 Km (el tamaño de una ciudad), pero una masa de aproximadamente 1.5 soles, estos 2 factores le dan una densidad sumamente alta, en ordenes de miles de millones de veces mas denso en comparación con la Tierra, son los objetos mas densos de todo el universo (solo superados por los agujeros negros). Su rango de masa va de 1.4 a hasta 3 masas solares.

Una estrella de neutrones compara con la ciudad de Múnich, se puede ver como la
estrella es solo un poco mas grande que la ciudad. Crédito: ESO / ESRI World Imagery,
L. Calçada

La edad de las estrella de neutrones puede ser de miles de millones de años, pero cuando se formaron, su evolución anterior (una supergigante) tenía una edad de unas pocas decenas de millones de años, la evolución rápida a una estrella de neutrones se debe a la gran masa de sus anteriores estados.

Existen estrellas de neutrones binarias que hoy en día son de gran interés debido a que estas (junto con los agujeros negros binarios) pueden general ondas gravitacionales que alteran el espacio-tiempo, tal como paso en 2017, cuando 2 estrellas de neutrones empezaron a fusionarse. El proceso de fusión dura millones de años aunque solo se pueden detectar ondas gravitacionales cuando son mas fuertes, es decir, en los últimos segundos antes de la fusión. Las ondas gravitacionales literalmente hacen que el tiempo vaya mas lento por un momento, pero es tan poco que ni siquiera se puede notar. Los objetos que producen ondas gravitacionales pierden masa por esta, por ejemplo, dos objetos al juntarse no solo perderán masa por la explosión que conlleva unirse, si no también por las ondas gravitacionales.

Impresión artística de la unión de las estrellas de neutrones en 2017. Crédito:
ESO/L. Calçada/M. Kornmesser 

Tipos.

Existen 2 principales tipos de estrellas de neutrones:

 PÚLSARES.

Los púlsares son estrellas de neutrones con una rotación muy rápida, que emite pulsos de ondas de radio provenientes de sus polos.

Nebulosa del cangrejo, en el centro de esta existe un
Púlsar. Crédito: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll
(Arizona State University)

La rotación de los púlsar va de muy rápido (una rotación cada pocos segundos) hasta ultrarrápido, estas ultimas van de ordenes de cientos de rotaciones por segundo, se conocen como milisecond pulsar en inglés (algo así como púlsar de milisegundo en español).

Los púlsares solo pueden ser detectados si su radiación (ondas de radio) es emitida hacia la Tierra, si los polos de la estrella no ''miran'' a la Tierra, esta no podrá ser detectada.

Su descubrimiento fue hecho en 1967 cuando Jocelyn Bell Burnell y Antony Hewish notaron un pulso cada 1.3 segundos que se repetía en la misma zona del cielo, estos pulsos (este púlsar es conocido ahora como PSR 1919+21) fueron denominados como LGM, Little Green Man o pequeño hombre verde en español, en ese momento se propuso que era una civilización que se trataba de comunicar, aunque esta hipótesis quedo completamente descartada.

Los púlsares pueden estar en sistemas binarios, de hecho, esta puede ser la razón por la que giren tan rápido.

Ocurre algo curioso, los púlsares cuando empiezan a tener mas edad empiezan a desacelerarse, pero, luego de unos años, en algunas ocasiones los púlsares aumentan repentinamente su rotación, fenómeno conocido como glitch, para luego volver a su estado actual en unos cuantos días o meses (tiempo de relajación). Todo tiene una explicación, y esta es encontrada en los superfluidos (un fluido con ninguna viscosidad), que se anclan a las partes solidas causando Stress, cuando llegan a un límite, se sueltan disminuyendo el momento de inercia y aumentando la frecuencia de giro.

MAGNETAR.

Los magnetares son una clase de estrella de neutrones jóvenes, con campos magnéticos aún mas fuertes que las estrellas de neutrones normales, estas estrellas muestran cambios en su espectro muy rápido, particularmente en los rayos X y en los rayos Gamma, algunos magnetares expulsan llamaradas de rayos X y Gamma. 

Aproximadamente un 10% de las estrellas de neutrones jóvenes son Magnetares, aunque probablemente este porcentaje aumente con el tiempo.

Impresión de un Magnetar. Crédito: ESO

Existen 2 tipos de Magnetares: los magnetares repetidores de rayos gamma (SGR, por sus siglas en inglés) y los Púlsares anómalos de rayos X, los primeros emiten rayos gamma periódicamente, cada cierto tiempo emiten cantidades mas altas y otras veces mas bajas, pero el flujo de rayos es constante. Los segundos a pesar de ser llamados Púlsar son magnetares, su flujo extraño de rayos X se debe a su increíble campo magnético que es el mas fuerte de todos los tipos de estrellas y uno de los mayores de todo el universo (asciende a los 10^15 Gauss, 1000 mas fuerte que los de las estrellas de neutrones normales que ya de por si son sumamente fuertes)...

Los magnetares y los púlsares parecen estar diferenciados, pero se han encontrado estrellas de neutrones que comparten las características de ambos, algo extraño, pero sorprendente.

Ejemplos.

J0108-1431: Con un bonito nombre, es el púlsar mas cercano al sistema solar, a una distancia de unos 100 Parsec (unos 320 años luz). Tiene una edad de unos 100 millones de años, un púlsar joven. 

PSR 1257+12: PSR 1257+12 es un púlsar de milisegundo donde fueron encontrados los primeros exoplanetas, es un púlsar de unos 100 millones de años. Sus planetas tiene una masa de entre 2.8 a 3.5 masas terrestres y están a una distancia de su estrella de 0.47 y 0.36 Unidades Astronómicas, respectivamente.

SGR 1806-20: Un magnetar conocido por haber liberado una llamarada de rayos Gamma mas fuerte que la energía que libera el sol en mas de 100,000 años en solo 1 segundo, se encuentra a unos 40Mpc (Mega Pársec) en la constelación de Sagitario.

Foto de una estrella de neutrones, la supernova que la formo sigue estando bastante cerca. Crédito:
ESO/NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)/F. Vogt et al.

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Gracias por leer .

REFERENCIAS.

1. Densidad, tamaño y de que esta hecho. SALAS, P.; SOLÍS, M. A. Estrellas de neutrones. Revista mexicana de física E, 2006, vol. 52, no 1, p. 37-46. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?pid=S1870-35422006000100006&script=sci_arttext

2. Radio, masa y composición. LATTIMER, James M.; PRAKASH, Maddappa. The physics of neutron stars. Science, 2004, vol. 304, no 5670, p. 536-542. DOI: 10.1126/science.1090720

3. Estrellas mas cercana y magnetares-púlsares. https://imagine.gsfc.nasa.gov/ask_astro/neutron_star.html

4. Ondas gravitacionales. ABBOTT, Benjamin P., et al. GW170817: observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral. Physical Review Letters, 2017, vol. 119, no 16, p. 161101. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.161101

5. Estrella de Quarks. FREEDMAN, Barry; MCLERRAN, Larry. Quark star phenomenology. Physical Review D, 1978, vol. 17, no 4, p. 1109. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.17.1109

6. PSR 1257+12. WOLSZCZAN, Aleksander; FRAIL, Dail A. A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257+ 12. Nature, 1992, vol. 355, no 6356, p. 145-147. DOI: https://doi.org/10.1038/355145a0

7. Púlsar. ESPITIA, Juan Manuel Perea. ¿ Qué son los pulsares?. Revista Entornos, 1999, vol. 1, no 11, p. 41-50.https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=6936940

8. Magnetares y Púlsares. https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/neutron_stars1.html

9. Magnetar. MEREGHETTI, Sandro; PONS, José A.; MELATOS, Andrew. Magnetars: properties, origin and evolution. Space Science Reviews, 2015, vol. 191, no 1-4, p. 315-338. DOI: https://doi.org/10.1007/s11214-015-0146-y

10. Magnetar. KASPI, Victoria M.; BELOBORODOV, Andrei M. Magnetars. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2017, vol. 55, p. 261-301. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-astro-081915-023329

11. Little Green Man. http://www.bigear.org/vol1no1/burnell.htm

12. Historia de estrellas de neutrones. BAADE, Walter; ZWICKY, Fritz. Remarks on super-novae and cosmic rays. Physical Review, 1934, vol. 46, no 1, p. 76. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.46.76.2

13. Binarias Púlsar. HULSE, Russell A.; TAYLOR, Joseph H. Discovery of a pulsar in a binary system. The Astrophysical Journal, 1975, vol. 195, p. L51-L53. DOI: 10.1086/181708

14. Temperatura. http://www.astroscu.unam.mx/neutrones/NS-Pub/estructura-data.html#:

15. Luminosidad. https://media4.obspm.fr/public/VAU/temperatura/evolucion/muerte/estrella-neutrones/OBSERVER.html

16. Emisión de energía en binarias. HOTOKEZAKA, Kenta, et al. Mass ejection from the merger of binary neutron stars. Physical Review D, 2013, vol. 87, no 2, p. 024001. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.87.024001

17. Masa máxima. THORSETT, S. E., et al. The masses of two binary neutron star systems. arXiv preprint  arXiv:astro-ph/9303002

18. Estrella mas cercana. TAURIS, T. M., et al. Discovery of PSR J0108-1431: The closest known neutron star?. The Astrophysical Journal, 1994, vol. 428, p. L53-L55. DOI:  10.1086/187391

19. Tipos de púlsares y llamarada gigante. PALMER, David M., et al. A giant γ-ray flare from the magnetar SGR 1806–20. Nature, 2005, vol. 434, no 7037, p. 1107-1109. DOI: https://doi.org/10.1038/nature03525

21. RX J1856.5-3754. DRAKE, Jeremy J., et al. Is RX J1856. 5–3754 a quark star?. The Astrophysical Journal, 2002, vol. 572, no 2, p. 996. DOI: https://iopscience.iop.org/article/10.1086/340368/meta