Cuando las estrellas de neutrones chocan, producen poderosas señales de ondas gravitacionales, y los restos de la fusión pueden sonar como un diapasón cósmico. Los científicos han identificado esta fase, conocida como "sonido largo", como clave para comprender la materia extrema dentro de las estrellas de neutrones.
Estrellas de neutrones y sus misteriosos interiores.
Las estrellas de neutrones son los objetos más extremos del universo. Aunque sólo tienen una docena de kilómetros de diámetro, su masa supera la de todo nuestro sistema solar. Sus interiores son muy densos y misteriosos, lo que dificulta a los científicos comprender completamente su composición y estructura.
Sin embargo, cuando dos estrellas de neutrones chocan, como en la famosa fusión observada en 2017, se crea una oportunidad única para estudiar estos misterios. Durante millones de años, mientras giraban entre sí, emitieron ondas gravitacionales, pero la señal más fuerte se produjo durante los momentos finales de la fusión y después. Las consecuencias de la colisión crearon un gran remanente que gira rápidamente y continúa emitiendo ondas gravitacionales en un rango de frecuencia estrecho. Esta señal contiene pistas valiosas sobre la "ecuación de estado" de la materia nuclear, que determina cómo se comporta la materia bajo presiones y densidades extremas.
Fenómeno del "sonido largo"
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Luciano Rezzola de la Universidad Goethe de Frankfurt hizo un descubrimiento importante sobre estas señales combinadas. Si bien las ondas gravitacionales se debilitan, se vuelven más refinadas con el tiempo, estableciéndose en una única frecuencia dominante, como el repique que hace un diapasón cuando se golpea. El equipo denominó a esta fase "sonido largo" y descubrió que sus características están directamente relacionadas con las propiedades de las regiones más densas dentro de la estrella de neutrones.
Nueva forma de detectar la materia más densa
"Así como los diapasones de diferentes materiales emiten diferentes tonos puros, los restos descritos por diferentes ecuaciones de estado emiten sonidos en diferentes frecuencias. Por lo tanto, la detección de esta señal tiene el potencial de revelar de qué están hechas las estrellas de neutrones", dijo Rezzola. "Estoy particularmente orgulloso de este trabajo porque es un ejemplo de la excelencia de los científicos de Frankfurt y Darmstadt en el campo de la investigación de estrellas de neutrones, que siempre ha sido un foco central del grupo de investigación de Hesse ELEMENTS".
La simulación de alta precisión revela nuevos conocimientos
Utilizando ecuaciones de estado cuidadosamente construidas, los investigadores realizaron simulaciones avanzadas de relatividad general de estrellas de neutrones fusionadas y demostraron que el análisis de circulaciones largas puede reducir significativamente la incertidumbre en las ecuaciones de estado en densidades muy altas, donde actualmente no existen restricciones directas. El Dr. Christian Ecker, primer autor del estudio, dijo: "Gracias a los avances en el modelado estadístico y las simulaciones de alta precisión en los superordenadores más potentes de Alemania, hemos descubierto una nueva fase de larga circulación en las fusiones de estrellas de neutrones. Este descubrimiento allana el camino para una mejor comprensión de la materia densa de las estrellas de neutrones, especialmente si se observan nuevos eventos en el futuro".
El coautor Dr. Tyler Gorda añadió: "Al elegir inteligentemente algunas ecuaciones de estado, pudimos simular eficientemente los resultados de una combinación estadística completa de modelos de materiales con un esfuerzo significativamente menor. Esto no sólo redujo el tiempo de la computadora y el consumo de energía, sino que también nos dio confianza en que nuestros resultados eran sólidos y se aplicarían a cualquier ecuación de estado que realmente ocurra en la naturaleza".
Detectores del futuro y el camino a seguir
Si bien los detectores de ondas gravitacionales actuales aún no han observado la señal fusionada, los científicos son optimistas de que los detectores de próxima generación, como el Telescopio Einstein que se espera esté operativo en Europa en la próxima década, harán posible esta detección tan esperada. Para entonces, la circulación prolongada se convertirá en una poderosa herramienta para sondear el misterioso interior de las estrellas de neutrones y revelar los secretos más extremos de la materia.
Compilado de /ScitechDaily
DOI:10.1038/s41467-025-56500-x