Una estrella de neutrones diferente

Yassir Zárate Méndez

Su nombre era Sanduleak -69º 202, una estrella de magnitud aparente 12, descubierta por el astrónomo Nicholas Sanduleak. Ubicada en las afueras de la nebulosa de la Tarántula, se trataba de una supergigante azul, a una distancia de 169,000 años-luz.

En la Tierra tuvimos más noticias de Sanduleak -69º 202, un nombre digno de una historia de Arthur C. Clark o de Ray Bradbury, el 23 de febrero de 1987.

En una galaxia no muy lejana

La nebulosa de la Tarántula forma parte de la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la Vía Láctea. En términos cósmicos, se encuentran relativamente cerca. En ese escenario tuvo lugar uno de los eventos astronómicos más impactantes: la aparición de una supernova.

Las estrellas siguen un proceso similar al de un ser vivo: se forman, tienen un periodo de madurez y un desenlace que, dependiendo de la masa de cada cuerpo estelar, puede resolverse de forma tranquila o de manera violenta y muy espectacular.

Ese es el caso de las estrellas masivas que acaban convirtiéndose en una supernova, para finalizar sus días como un hoyo negro o una estrella de neutrones.

En su momento, Sanduleak -69º 202 entró en la fase final de su ciclo de vida. Los eventos llegaron a sucederse de manera precipitada, y en cuestión de segundos todo cambió, como explica a El faro en línea, el doctor Dany Page Rollinet, investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM (IA).

Desde tiempos de Kepler

En entrevista vía telefónica, el doctor Page Rollinet nos explica que aquel 23 de febrero de 1987 fue decisivo en el rumbo de su trabajo.

“Yo estaba a la mitad de mi doctorado. Estaba trabajando en supercuerdas, teoría que acababa de volverse muy de moda en esa época. Pero yo quería hacer algo más concreto, algo que tuviera que ver con el mundo real. Y de repente, el 23 de febrero de 1987 llegó esta supernova y resulta que se podía ver al ojo en el hemisferio sur. Yo no la vi, porque no fui al hemisferio sur en esa época. Era la primera vez en casi 400 años que se podía ver una supernova, desde tiempos de Kepler. Entonces pensé: ‘Bueno, la teoría de supercuerdas puede esperar. Yo no voy a esperar a la próxima supernova’. Y cambié de tema”, explica el doctor Page.

Con la modificación de rumbo en su investigación, y con la supernova 1987-A, nombre que se dio a la estrella tras su colapso y explosión, como faro para iluminar su camino, el doctor Page alumbró una idea diferente.

De supernovas y estrellas de neutrones

“Una estrella de neutrones es el cadáver de una estrella masiva, es decir, una que tiene más de ocho veces la masa del sol. Las estrellas que tienen menos de ocho veces la masa del Sol terminan en lo que se llama enana blanca y las que tienen más de ocho veces la masa del Sol acaban produciendo una supernova. Lo que queda después de la supernova es una estrellita supercompacta, que se llama estrella de neutrones, o a veces un hoyo negro”, indica el investigador.

Las estrellas de neutrones tienen unos pocos kilómetros de diámetro, algo así como el tamaño de una ciudad mediana, mientras que la masa es de entre una y dos veces la masa de nuestro Sol.

La implosión del centro hace que la materia estelar se comprima y los núcleos y los átomos que formaban este centro, se juntan y forman un núcleo gigante. “La densidad es brutal. Es básicamente del orden de mil millones de toneladas por centímetro cúbico”, asienta el doctor Page.

Para ejemplificar esa súper densidad, lo explica de la siguiente manera: se podría tomar todos los edificios de la Ciudad de México, Nezahualcóyotl, Naucalpan, Puebla, Cuernavaca y Toluca, luego comprimirlos hasta esta alta densidad y todo ese material cabría en una cucharita azucarera; de ese tamaño es la densidad que hay en una estrella de neutrones. Es básicamente la densidad más extrema que pueda haber en el universo. Si se comprime un poco más se convertiría en un hoyo negro.

Los hornos estelares

En las estrellas literalmente se cocinan todos los elementos que componen al universo, salvo el hidrógeno y el helio que vienen de la Gran Explosión que dio origen al Universo. Cuando las estrellas se echan a andar, siguen un proceso de fusión, que empieza cuando transforman el hidrógeno en helio, hasta escalar a elementos más pesados. Luego, en la etapa siguiente, fusionan tres núcleos de helio y producen carbono, a continuación, oxígeno, silicio, calcio.

“En la última etapa de la vida de una estrella muy masiva, que corresponden a ocho masas solares hacia arriba, pueden seguir, y producir hierro y elementos parecidos: cromo, cobre, todos estos elementos que tienen masas atómicas del orden de 55 a 60. Y cuando llega a eso, se acabó. Ya no puede fusionar estos elementos más pesados, porque ya no producen energía. Cuando llega a producir hierro, se le acabó la energía a la estrella”, detalla el doctor Dany Page.

Entonces la estrella masiva empieza a dar forma a un núcleo de hierro cada vez más grande, que crece y llega a una masa del orden de 1.4 masa solar. Eso es un límite absoluto, denominado masa de Chandrasekhar.

Ese núcleo hiperdenso es muy pequeño en términos relativos. De hecho, es más pequeño que la Tierra, pero híper denso y con una gravedad brutal. Al llegar a esa masa límite, no hay manera de resistir a la gravedad, y este núcleo se colapsa. Eso es lo que marca la muerte de la estrella, porque se comprime y forma una estrella de neutrones, mientras que el resto rebota y produce una explosión monumental.

“En el momento en que el núcleo de puro hierro, que tiene un tamaño similar al de la Tierra, colapsa en una fracción de segundo, alrededor de 200 milisegundos, en un radio como de 5,000 kilómetros a un radio de 50 kilómetros, y esto expulsa afuera todo el resto de la estrella. Lo que vemos afuera es esta materia expulsada con el rebote sobre la estrella de neutrones”, abunda el investigador del IA.

Eso es lo que se aprecia cuando el cielo se ilumina con el resplandor de una supernova. “Lo que se ve es la explosión, que se inicia en el centro y se va copando para afuera. Es una onda de choque y eso se propaga a una velocidad como de 50,000 kilómetros por segundo. Es algo tremendo”, acota Page.

Una idea novedosa

Cuando hizo su aparición la supernova 1987-A, el paradigma que dominaba las investigaciones en astrofísica indicaba que luego de la aparición de una supernova, el remanente era una estrella de neutrones que se manifiesta como un pulsar. Sin embargo, el doctor Page Rollinet alumbró una hipótesis diferente.

“La teoría que yo desarrollé en los años 90, en una serie de artículos con distintos colaboradores, fue que después de la explosión parte de la materia volvió a caer e impidió que la estrella de neutrones pudiera convertirse en un pulsar. Eso era ir en contra de un tabú en astrofísica”, indica.

Los pulsares son estrellas de neutrones que producen pulsos muy precisos. Tienen un campo magnético muy fuerte, están en rotación y de los polos magnéticos sale radiación. Son como una suerte de faro cósmico.

Cada vez que un pulsar apunta hacia nosotros, recibimos un bip y hay estrellas que dan cientos de vueltas por segundo; son una ametralladora de bips. Lo que los investigadores están buscando en el caso de la supernova 1987-A son pulsos, para confirmar que hay un pulsar. Pero la propuesta del doctor Page era diferente.

“Mi teoría es que en este objeto que está allá, sí hay una estrella de neutrones, pero no es un pulsar. Para ser un pulsar necesita un campo magnético muy fuerte; en este caso se formó el pulsar en la explosión, pero le volvió a caer materia encima y esa materia sumergió el campo magnético dentro de la estrella. No tiene campo magnético afuera, por lo que no puede ser un pulsar. Por esa razón no se ve ningún pulsar allá adentro”, puntualiza el doctor Page.

La propuesta de Page fue recibida con resistencia, como relata él mismo: “Alguien muy famoso me dijo ‘Oye, pero todas las estrellas de neutrones jóvenes que conocemos son pulsares. Tu teoría predice que debe haber algunas que no son pulsares. No las vemos. No hay ninguna’. Pero resulta que en esa época no había capacidad de detectarlas”.

El satélite Chandra

Esa situación cambió en 1999, cuando la NASA lanzó al espacio el satélite Chandra, que hacía observaciones en rayos X. Anteriormente los pulsares se detectaban casi solamente con radiotelescopios. Con Chandra se tuvo la posibilidad de ver dentro de los remanentes de supernovas unas estrellas de neutrones que no fueran pulsares, es decir, que estas observaciones validaban la teoría del doctor Page.

“Antes de Chandra era casi imposible detectarlas, por eso me dijeron ‘Pues no hay’. Pero no había, porque no había manera de verlas”, remata.

De hecho, la primera imagen que tomó Chandra fue la de un remanente de supernova, “el más joven de la época”. Se trató de Casiopea A, también conocido como Cas A, ubicado en la constelación de Casiopea. Se trata de una supernova que explotó hace unos 300 años.

“Obtuvieron una imagen fantástica en colores, donde se veían todos los elementos que componían la estrella que explotó. Producen carbono, oxígeno, silicio, hierro. En este material de la supernova se ven todos estos elementos. Pero en el centro vieron un puntito brillante, que resultó ser una estrella de neutrones que no es un pulsar. A partir de 1999, con Chandra, años después de mi teoría aparecieron uno, y otro y otro. Y ahora resulta que las estrellas de neutrones jóvenes, el 25 por ciento, aproximadamente, no son pulsares. Eso quiere decir que está funcionando mi teoría”.

ALMA: un paso más

En diciembre de 2019, un equipo de la Universidad de Gales publicó un artículo en el que refiere que, a partir de observaciones hechas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ubicado en Chile, en los remanentes de la supernova 1987-A se advierte la presencia de una estrella de neutrones que no tiene características de pulsar.

“Ahora se conocen casi unas 50 estrellas de neutrones jóvenes, de menos de 10,000 años, y el 25 por ciento de ellas no son pulsares. Están empezando a considerar que mi teoría es correcta, que en muchos casos la explosión destruye el campo magnético, y no es un pulsar”, agrega.

A esta observación efectuada con ALMA, se agrega la detección de neutrinos, unas partículas elementales “que se comportan como si el universo fuera invisible”, describe. Estas partículas son emitidas cuando se crea una estrella de neutrones. En el caso de la supernova del 23 de febrero de 1987, se detectaron al menos 20 de estos, en dispositivos subterráneos localizados en Japón y en Estados Unidos. Todos estos elementos configuran la hipótesis del investigador del IA.

“Mi teoría es que no son un hoyo negro, simplemente que hay estrellas que no son pulsares, y entonces, lo que se vio ahorita, en la última observación es que muy probablemente no es un pulsar, pero sí hay una estrella de neutrones. Esto apunta a la confirmación de esta teoría que tiene más de 20 años”, concluye el doctor Page.