Púlsares y magnetares: los fenómenos más extremos y violentos de las estrellas de neutrones

Estrellas de neutrones, parte 2: púlsares, magnetares y los fenómenos más violentos del cosmos

En la primera parte de este viaje descubrimos cómo la muerte de una estrella masiva puede dejar atrás uno de los objetos más extremos del universo: una estrella de neutrones.

Una masa comparable a la del Sol queda comprimida en una esfera de apenas unos diez o veinte kilómetros de diámetro.

Después del colapso, la rotación, el magnetismo y la materia sometida a una presión enorme pueden producir algunos de los fenómenos más extraordinarios que conocemos.

Y todo comienza con algo aparentemente sencillo:

girar.

Púlsares: los faros del cosmos

Cuando una estrella colapsa, conserva gran parte de su momento angular.

Es el mismo principio que hace que un patinador sobre hielo gire más deprisa cuando recoge los brazos.

Una estrella que antes podía tener cientos de millones de kilómetros de diámetro queda reducida a una esfera de unos diez kilómetros de radio.

Su rotación se acelera.

Algunas estrellas de neutrones jóvenes pueden girar decenas o incluso cientos de veces por segundo.

Su intenso campo magnético canaliza partículas cargadas y genera haces de radiación que emergen cerca de los polos magnéticos.

Si uno de esos haces barre periódicamente la Tierra, nuestros telescopios detectan un pulso tras otro.

Son los púlsares.

Cuando fueron descubiertos en 1967, sus señales eran tan regulares que, durante un breve periodo, se llegó a considerar la posibilidad de que fueran artificiales.

Hoy sabemos que no necesitamos una civilización extraterrestre para explicar su precisión.

La naturaleza ya había construido sus propios relojes cósmicos.

Algunos púlsares se encuentran entre los relojes naturales más precisos que conocemos.

Magnetares: el magnetismo llevado al límite

Si los púlsares destacan por su regularidad, los magnetares lo hacen por la intensidad de sus campos magnéticos.

Son estrellas de neutrones con los campos magnéticos más intensos que conocemos.

Pueden alcanzar alrededor de 10^{14} o 10^{15} gauss.

El campo magnético de la Tierra es de aproximadamente medio gauss.

La diferencia resulta difícil de imaginar.

En esas condiciones, el magnetismo deja de ser un fenómeno cotidiano y comienza a alterar el comportamiento de la materia a escala microscópica.

Los electrones responden de forma extrema a esos campos y la estructura de los átomos puede verse modificada.

Los magnetares también producen estallidos de rayos X y rayos gamma.

En algunos casos, una reorganización repentina de su corteza y de su campo magnético libera una enorme cantidad de energía en una fracción de segundo.

Estas estrellas diminutas se convierten así en laboratorios naturales de física extrema.[1][2]

La pasta nuclear

En las capas profundas de la corteza de una estrella de neutrones ocurre algo todavía más extraño.

La materia está sometida a una densidad enorme y a las fuerzas que gobiernan los núcleos atómicos.

Los cálculos teóricos indican que, en determinadas regiones, los núcleos podrían organizarse en estructuras alargadas, filamentos y láminas.

Los físicos las han bautizado con nombres tan curiosos como gnocchi, spaghetti y lasagna.

Es lo que se conoce como pasta nuclear.

El nombre resulta casi cómico.

La física que hay detrás, no.

Estas estructuras podrían influir en propiedades fundamentales de la estrella, como su enfriamiento, su respuesta a las deformaciones o la forma en que se propagan ciertas ondas y movimientos internos.

No podemos extraer una muestra y estudiarla en un laboratorio.

Pero las estrellas de neutrones ofrecen una oportunidad única para investigar cómo se comporta la materia cuando alcanza condiciones imposibles de mantener de forma estable en la Tierra.

¿Hay quarks en el corazón?

En el centro de una estrella de neutrones, la densidad puede ser varias veces superior a la de un núcleo atómico.

En esas condiciones, los físicos se preguntan qué ocurre con los propios neutrones.

Una posibilidad es que, a densidades suficientemente elevadas, aparezca una fase en la que los quarks dejen de estar confinados dentro de protones y neutrones individuales.

Podría existir algún tipo de materia de quarks.

Pero todavía no sabemos si esa fase aparece realmente en el interior de alguna estrella de neutrones.

Las observaciones de masas, radios y ondas gravitacionales ayudan a descartar algunos modelos, aunque no han confirmado un núcleo de materia de quarks en una estrella concreta.

En la Tierra sí hemos creado durante instantes diminutos un estado distinto de materia: el plasma de quarks y gluones.

Se produce en colisiones de partículas a energías enormes, como las realizadas en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

No debemos imaginar que una estrella de neutrones contiene necesariamente una gran burbuja de esa misma materia.

El plasma creado en los aceleradores y el interior de una estrella de neutrones corresponden a condiciones físicas diferentes.

Cuando dos estrellas se encuentran

Dos estrellas de neutrones pueden formar un sistema binario y orbitarse durante millones o incluso miles de millones de años.

El sistema pierde energía mediante ondas gravitacionales.

La órbita se hace cada vez más pequeña.

Las estrellas se acercan.

Hasta que finalmente se fusionan.

El acontecimiento puede producir una kilonova, una explosión transitoria asociada a la expulsión de material rico en neutrones.

Durante la colisión, parte de la materia de las estrellas sale despedida al espacio.

Ese material será el escenario de uno de los procesos nucleares más importantes del universo.

La fábrica de los elementos pesados

En el material expulsado, los núcleos están inmersos en un entorno extremadamente rico en neutrones y pueden capturarlos a gran velocidad.

Es el llamado proceso r, o proceso de captura rápida de neutrones.

Después de esas capturas, algunos núcleos experimentan transformaciones radiactivas que modifican su composición y permiten construir elementos cada vez más pesados.

Entre ellos se encuentran el oro, el platino y otros elementos muy pesados.

La observación de la fusión conocida como GW170817, detectada en 2017 mediante ondas gravitacionales y acompañada por observaciones de luz, proporcionó una de las evidencias más importantes de que estas colisiones producen elementos del proceso r.[3][4][5]

Eso no significa que todo el oro del universo proceda de fusiones de estrellas de neutrones.

Probablemente existen otras fuentes capaces de producir parte de los elementos pesados.

Lo que sí sabemos es que estas colisiones son fábricas cósmicas de materiales que después pueden incorporarse a nuevas estrellas, planetas y otros cuerpos.

El destino de una estrella de neutrones

¿Y qué ocurre después?

No existe un único final.

Si una estrella de neutrones permanece aislada, pierde gradualmente energía de rotación y se enfría con el tiempo.

Si forma parte de un sistema binario, puede intercambiar materia y energía con su compañera.

Cuando dos estrellas terminan fusionándose, el resultado depende de la masa total, de la rapidez de la rotación y de las propiedades de la materia ultradensa.

La unión puede producir una estrella de neutrones extremadamente masiva durante un breve periodo antes de colapsar en un agujero negro.

En otros casos, el remanente puede sobrevivir como una estrella de neutrones.

Precisamente por eso estas fusiones son tan valiosas.

No solo permiten estudiar ondas gravitacionales.

También ofrecen una oportunidad única para investigar cómo se comporta la materia en condiciones que no podemos reproducir directamente en la Tierra.

Una estrella, muchos fenómenos

Una estrella de neutrones puede actuar como un reloj cósmico.

Puede concentrar algunos de los campos magnéticos más intensos conocidos.

Puede esconder en su interior estructuras nucleares y fases de materia que todavía no comprendemos por completo.

Y, cuando dos de ellas se fusionan, puede liberar ondas gravitacionales y expulsar material que participe en la fabricación de elementos pesados.

El oro de una joya parece una materia terrestre.

Pero su historia comenzó mucho antes de que existiera nuestro planeta.

¿Cómo llegó hasta aquí?

Esa será la historia de la tercera parte.

Nota

Este artículo forma parte de una serie de divulgación astronómica. Combina información científica, lenguaje narrativo y recursos poéticos. Algunas cifras se expresan de forma aproximada y ciertos fenómenos, especialmente los relacionados con el interior de las estrellas de neutrones, continúan siendo objeto de investigación. Las fusiones de estrellas de neutrones producen elementos del proceso r, aunque no necesariamente explican por sí solas el origen de todos los elementos pesados del universo.

Lectura sugerida:

Cómo se forma el oro en el universo: colisiones de estrellas de neutrones y el origen de los elementos pesado

https://www.universovivobm.com/2026/07/como-se-forma-el-oro-en-el-universo.html