How big is Estrella de neutrones?

Una estrella de neutrones es el núcleo colapsado de una estrella masiva que explotó como supernova, la explosión que pone fin a la vida de algunas estrellas grandes. Reúne más masa que el Sol en una esfera de unos 24–26 kilómetros de ancho. Ese ancho es su diámetro, que se mide en línea recta pasando por el centro.

Tamaño

La comunidad científica cree que una estrella de neutrones tiene una corteza sólida de átomos pesados bajo una delgada atmósfera de hidrógeno o helio. Por eso tiene una superficie cuyo tamaño se puede medir. Las mediciones precisas proceden de NICER, un telescopio de rayos X de la Estación Espacial Internacional.

NICER estudia púlsares, estrellas de neutrones que giran con rapidez. Sus datos han permitido determinar que el púlsar PSR J0030+0451 tiene unos 26 kilómetros de diámetro y una masa de unas 1,4 veces la del Sol. PSR J0740+6620, con una masa de unas 2,1 veces la del Sol, midió unos 25 kilómetros de diámetro en el análisis de un equipo y unos 27 en el de otro. En 2024 se midió un tercer púlsar, PSR J0437−4715, con unos 23 kilómetros de diámetro.

Cada uno de estos resultados tiene una incertidumbre de unos pocos kilómetros. Al combinar los resultados de los dos primeros púlsares con otras observaciones, un equipo concluyó en 2021 que una estrella de neutrones típica, con una masa 1,4 veces la del Sol, tiene un radio de 12,45 kilómetros, más o menos 0,65. Eso equivale a unos 24–26 kilómetros de diámetro.

Comparaciones de tamaño

La NASA compara el ancho de una estrella de neutrones con la longitud de la isla de Manhattan, en la ciudad de Nueva York.
Correr una vez alrededor del ecuador de una estrella de neutrones de 24 kilómetros de diámetro supondría recorrer unos 75 kilómetros, la distancia de unos 1,8 maratones.
Fobos, la mayor de las dos lunas de Marte, mide unos 27 kilómetros de largo, algo más que el ancho de una estrella de neutrones. Sin embargo, una estrella de neutrones típica tiene unos 260 billones de veces la masa de Fobos.
El Sol tiene un diámetro de unos 1,39 millones de kilómetros, 58 000 veces el ancho de una estrella de neutrones de 24 kilómetros.
Si una estrella de neutrones se redujera al tamaño de un balón de baloncesto, el Sol a la misma escala sería una esfera de unos 14 kilómetros de diámetro.

Cómo se forma una estrella de neutrones

Al final de su vida, una estrella con una masa muchas veces mayor que la del Sol se queda sin combustible en el núcleo. El núcleo se colapsa bajo su propio peso y la estrella explota como supernova. Las más pesadas de estas estrellas dejan tras de sí agujeros negros. Las más ligeras dejan estrellas de neutrones.

El colapso aplasta los protones y los electrones del núcleo hasta fundirlos en neutrones, las partículas que dan nombre a la estrella. Si el núcleo que se colapsa tiene entre aproximadamente 1 y 3 veces la masa del Sol, los neutrones pueden detener el colapso.

Qué hay en su interior

La comunidad científica cree que una estrella de neutrones está formada por capas. Bajo la corteza, la presión rompe los átomos y forma un mar compuesto sobre todo de neutrones. En lo más profundo, los neutrones están hasta el doble de apretados que las partículas de un núcleo atómico. Qué forma adopta la materia en el centro mismo sigue sin conocerse.

De media, cada centímetro cúbico de una estrella de neutrones típica contiene entre 300 y 400 millones de toneladas. Medir tanto el tamaño como la masa de las estrellas de neutrones permite a quienes investigan en física deducir cómo se comporta una materia tan densa. PSR J0740+6620 tiene casi un 50 % más de masa que PSR J0030+0451, pero en esencia el mismo tamaño. Ese resultado va en contra de algunas ideas según las cuales la materia del centro es más fácil de comprimir.

Los púlsares y su descubrimiento

Walter Baade y Fritz Zwicky propusieron en 1934 que existen las estrellas de neutrones. Jocelyn Bell Burnell descubrió los primeros púlsares en 1967. La mayoría de las estrellas de neutrones conocidas se observan como púlsares. Cada púlsar emite haces que barren el cielo mientras gira, como la luz de un faro, de modo que parece encenderse y apagarse.

Los púlsares pueden girar muy deprisa. PSR J0740+6620 da 346 vueltas cada segundo. NICER registra el momento de llegada de cada rayo X de un púlsar con una precisión de 100 nanosegundos, es decir, 100 milmillonésimas de segundo. Los cambios de brillo muestran cuánto curva la luz la estrella y, a partir de ello y de su masa, se puede determinar su tamaño.