El enigma de las colisiones de estrellas de neutrones: revelando secretos cósmicos

MadridDos estrellas de neutrones pueden fusionarse cuando se acercan y colisionan entre sí. Aunque son muy densas, estas estrellas son pequeñas y frías. Al impactar, la zona de contacto se vuelve extremadamente caliente. Nuevas simulaciones han revelado detalles interesantes sobre este proceso.

Así es lo que ocurre:

• Se generan neutrinos calientes.
• Estos neutrinos pueden ser atrapados por el calor y la densidad.
• Interactúan débilmente con la materia de las estrellas.
• Esta interacción contribuye a que las partículas vuelvan al equilibrio.

Pedro Luis Espino, investigador postdoctoral en Penn State y UC Berkeley, encabezó un estudio junto a un equipo de físicos de Penn State. Sus hallazgos fueron publicados en Physical Review Letters. Espino destacó que en 2017 detectaron por primera vez señales de la fusión de estrellas de neutrones binarias, incluyendo ondas gravitacionales. Este descubrimiento incrementó notablemente el interés en el estudio de las estrellas de neutrones binarias.

David Radice, profesor asistente en Penn State, explica que las estrellas de neutrones están compuestas principalmente por neutrones, son extremadamente densas y pueden alcanzar temperaturas muy altas al colisionar. Debido a que los fotones no pueden escapar para enfriarlas, liberan neutrinos en su lugar.

Aquí algunos puntos clave del estudio:

• Los neutrinos se generan cuando los neutrones en las estrellas chocan y se desintegran en protones, electrones y neutrinos.
• Durante 2 a 3 milisegundos, los neutrinos pueden quedar atrapados por el calor y la densidad de la fusión.
• Esta fase es corta pero clave para entender la física de la fusión.
• La interacción de los neutrinos puede influir en los tipos de señales que se observan en la Tierra.

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El estudio utilizó potentes computadoras para analizar la fusión de dos estrellas de neutrones y la física involucrada. Los investigadores descubrieron que, aunque es breve, los neutrinos pueden quedar atrapados debido al calor y la densidad de la fusión e interactuar con la materia en las estrellas.

Radice afirmó que el estudio de estos eventos nos ayuda a descubrir nueva física. La fase en la que las cosas no están equilibradas dura solo de 2 a 3 milisegundos, pero durante este breve tiempo ocurre física relevante. Cuando el sistema vuelve a estar equilibrado, comprendemos mejor la física.

Espino mencionó que la forma en que los neutrinos interactúan con la materia de las estrellas puede influir en las vibraciones de los restos fusionados. Estas vibraciones pueden afectar las señales de luz y ondas gravitacionales que detectamos en la Tierra. Los detectores futuros podrían diseñarse para buscar estas diferencias en las señales.

El equipo de investigación estaba compuesto por los becarios postdoctorales Peter Hammond y Rossella Gamba de Penn State; Sebastiano Bernuzzi, Francesco Zappa y Luís Felipe Longo Micchi de la Universidad Friedrich-Schiller de Jena en Alemania; y Albino Perego de la Universidad de Trento en Italia. El estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., el Departamento de Energía de EE. UU., la Deutsche Forschungsgemeinschaft y la Unión Europea.

Se realizaron simulaciones en los supercomputadores Bridges2, Expanse, Frontera y Perlmutter. También se utilizaron los recursos del Centro Nacional de Investigación en Energía. Los autores agradecen al Centro Gauss para Supercomputación por financiar y proporcionar tiempo en el SuperMUC-NG del Centro Leibniz de Supercomputación.