Estudios realizados en telescopios del Roque de Los Muchachos permiten descubrir una de las estrellas de neutrones más masivas

Científicos del grupo de investigación en Astronomía y Astrofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han encontrado, con un método pionero, una estrella de neutrones de unas 2,3 masas solares: una de las más masivas nunca detectadas. El estudio ha sido publicado recientemente en la revista The Astrophysical Journal (ApJ) y abre una nueva vía de conocimiento en muchos campos de la Astrofísica y la Física Nuclear.

Las estrellas de neutrones (a menudo llamadas púlsares) son remanentes estelares que han llegado al final de la su vida evolutiva: ‘nacen’ de la muerte de una estrella de entre 10 y 30 masas solares. Pese a su pequeño tamaño (alrededor de los 20 kilómetros de diámetro), las estrellas de neutrones pueden presumir de contener más masa que el Sol; son, así, particularmente densas.

Investigadores de la UPC y del IAC han conseguido medir, con un innovador método, la masa de una de las estrellas de neutrones más pesadas que se conocen. La estrella, descubierta en 2011 y denominada PSR J2215+5135, tiene unas 2,3 masas solares, una de les masas más grandes detectadas entre los más de 2.000 púlsares registrados actualmente. Aunque en un estudio publicado en 2011, un grupo de astrónomos había hallado indicios de otro púlsar muy masivo –de 2,4 masas solares–, la ‘masa récord’ con más consenso científico de un púlsar era, anteriormente, de 2 masas solares, basada en dos sistemas que se localizaron en los años 2010 y 2013.

La investigación ha sido liderada por Manuel Linares, investigador Marie-Curie del grupo de investigación en Astronomía y Astrofísica (GAA), vinculado al Departamento de Física de la UPC, en colaboración con los científicos Tariq Shahbaz y Jorge Casares, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Para este estudio se han utilizado datos obtenidos con el Gran Telescopio Canarias (GTC) –el mayor telescopio óptico e infrarrojo del mundo–, el telescopio William Herschel (WHT), del Grupo de Telescopios Isaac Newton (ING), y el telescopio IAC80, así como modelos dinámicos de estrellas binarias con irradiación. El artículo, con el título ‘Peering into the dark side: magnesium lines establish a massive neutron star in PSR J2215+5135’, ha sido publicado en The Astrophysical Journal (ApJ).

Método de medición pionero

El equipo ha desarrollado, además, un nuevo método –más preciso que los utilizados hasta ahora– para medir masas de estrellas de neutrones (púlsares) en binarias compactas. Y es que la estrella de neutrones objeto del estudio forma parte de un sistema binario, en el que dos estrellas orbitan alrededor de un centro de masa común: en este caso, una estrella ‘normal’ –como el Sol– ‘acompaña’ ala estrella de neutrones. La estrella secundaria, o compañera, se ve fuertemente irradiada por la estrella de neutrones.

Cuanto más masiva es la estrella de neutrones, más rápido se mueve la estrella compañera para realizar la órbita. El método utilizado para establecer la masa del púlsar consiste en utilizar líneas espectrales de diferentes elementos químicos (hidrógeno, magnesio) para medir la velocidad con la que se mueve la estrella compañera. Esto ha permitido al equipo liderado por Manuel Linares medir por primera vez la velocidad de ambos lados de la estrella compañera (el lado irradiado y el lado ‘frío’) y demostrar que una estrella de neutrones puede tener más de dos veces la masa del Sol.

Este nuevo método supone, asimismo, la posibilidad de realizar estudios similares en una población de estrellas de neutrones que no para de crecer ya que, en los últimos 10 años, el telescopio de rayos gamma de la NASA Fermi-LAT ha revelado decenas de púlsares parecidos al analizado en este estudio, el PSR J2215+5135. El método, en principio, también se puede utilizar para medir la masa de agujeros negros y enanas blancas –remanentes de estrellas que nacen con más de 30 o menos de 10 masas solares, respectivamente– cuando éstos se encuentran en sistemas binarios parecidos, donde la irradiación es importante.

Más densas que un núcleo atómico

Poder determinar la masa máxima de una estrella de neutrones tiene consecuencias muy importantes para muchos campos de la Astrofísica, así como para la Física Nuclear. Les interacciones entre nucleones –las partícula (neutrones o protones) que componen el núcleo de un átomo– a altas densidades son uno de los grandes misterios de la Física actual. La gran densidad de las estrellas de neutrones las convierte en un laboratorio natural para estudiar los estados de la materia más densos y exóticos imaginables.

La investigación también apunta a que, para poder soportar el peso de 2,3 masas solares, la repulsión entre partículas en el núcleo de la estrella de neutrones tiene que ser suficientemente fuerte. Esto indicaría que es poco probable que podamos encontrar quarks libres u otras formas de materia ‘exóticas’ en el centro del púlsar.