Estrella de neutrones y sus curiosidades

Para entender una estrella de neutrones, imagina comprimir toda la masa del Sol (330,000 veces la Tierra) al tamaño de una ciudad. Es el objeto más denso que podemos observar directamente en el universo de 2026. 

1. ¿Está hecha solo de neutrones?

No exclusivamente, aunque son el componente principal. Una estrella de neutrones tiene una estructura por capas: 

• Atmósfera y Corteza: Contiene núcleos de hierro y electrones libres [1, 5].
• Manto: A medida que profundizas, la presión es tan alta que los electrones se «fusionan» con los protones (proceso de neutronización), creando neutrones [1, 4].
• Núcleo: Aquí los neutrones dominan, pero en el centro mismo la física es incierta; se especula la existencia de una «sopa» de quarks libres o hiperones [4, 5]. 

2. ¿Qué tan «apelotonados» están?

Están tan juntos que la materia alcanza una densidad nuclear. Para visualizarlo:

• Densidad: Un centímetro cúbico (el tamaño de un terrón de azúcar) de esta estrella pesaría aproximadamente mil millones de toneladas [1, 2].
• Empaquetamiento: Los neutrones están en contacto físico directo, sostenidos no por calor, sino por la presión de degeneración cuántica, que impide que dos partículas ocupen el mismo estado [4]. 

3. Diámetro y dimensiones

A pesar de su masa colosal (generalmente entre 1.4 y 2.1 veces la masa del Sol), son increíblemente pequeñas: 

• Diámetro: Típicamente miden entre 20 y 25 kilómetros [2, 5].
• Gravedad superficial: Es tan fuerte que la montaña más alta en su superficie no podría medir más de unos pocos milímetros antes de ser aplastada por la gravedad [1, 4]. 

4. Deformación del Espacio-Tiempo

Debido a su densidad extrema, son los objetos que más deforman el tejido del universo después de los agujeros negros: 

• Curvatura del Espacio (Lentes Gravitacionales): La gravedad es tan intensa que dobla la luz de tal manera que, si miraras una de frente, podrías ver parte de la cara trasera de la estrella al mismo tiempo [3, 4].
• Dilatación del Tiempo: El tiempo transcurre más lento cerca de una estrella de neutrones. Para un observador en su superficie, el tiempo pasaría aproximadamente un 10% a 30% más lento que para alguien en la Tierra [3, 6].
• Ondas Gravitacionales: Cuando dos de estas estrellas chocan (evento llamado kilonova), generan ondulaciones en el espacio-tiempo que detectamos con instrumentos como LIGO/Virgo [2, 6]. 

La «Neutronización»: ¿Protón + Electrón = Neutrón? 

Sí. Bajo la presión colosal del colapso de una estrella masiva, los electrones son «empujados» dentro de los protones. Esta reacción se llama captura electrónica o decaimiento beta inverso. El resultado es un neutrón y un neutrino (que escapa de la estrella). Por eso, en las capas profundas, la estrella se vuelve mayoritariamente neutra. 

1. Capas: Atmósfera, Corteza y el espacio entre núcleos 

La densidad no es uniforme; aumenta drásticamente hacia el centro: 

• Atmósfera (pocos centímetros de espesor): Es plasma caliente. Aquí todavía hay átomos «normales» (como hidrógeno o helio) pero extremadamente comprimidos.
• Corteza Exterior: Aquí los núcleos de hierro forman una red cristalina (como un metal sólido). Los electrones fluyen libremente entre estos núcleos, como en un cable de cobre, pero millones de veces más apretados.
• Corteza Interior (El «Espacio» entre núcleos): A medida que bajas, los núcleos están tan cerca que empiezan a tocarse. Aquí ocurre el fenómeno de la «Pasta Nuclear»: los núcleos se deforman creando estructuras que los físicos llaman fideos o lasañas de materia nuclear, hasta que finalmente se funden en una masa continua de neutrones.
• Variación de densidad: En la superficie, la densidad es de unos ${10}^6$106 g/cm³, mientras que en el núcleo supera los ${10}^{14}$1014 g/cm³. Es decir, el núcleo es cien millones de veces más denso que la superficie. 

2 El Núcleo: Quarks e Hiperones 

¿Por qué hay algo más que neutrones? Porque en el centro la presión es tan bestial que los neutrones «se rompen» o se transforman: 

• Quarks libres: Los neutrones están hechos de 3 quarks. Si los aprietas demasiado, las fronteras del neutrón desaparecen y tienes una «sopa de quarks» sueltos.
• Hiperones: Son partículas similares a los protones o neutrones pero que contienen quarks más pesados (llamados quarks «extraños»). Solo aparecen cuando hay tanta energía disponible que la materia prefiere transformarse en estas partículas exóticas para ocupar menos espacio. 

3. El Principio de Exclusión de Pauli y el Agujero Negro 

Has dado en el clavo. El Principio de Exclusión de Pauli dice que dos fermiones (como neutrones o electrones) no pueden estar en el mismo estado cuántico. Esto genera una «fuerza» hacia afuera llamada Presión de Degeneración. 

• ¿Se rompe la ley al formarse un agujero negro? No es que la ley deje de existir, sino que la gravedad vence a la presión cuántica.
• Si la masa de la estrella supera el Límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (aprox. 2.1 masas solares), ni siquiera el Principio de Pauli puede sostener el peso. La gravedad gana, y la materia se colapsa hacia un punto de volumen cero y densidad infinita: la singularidad. En ese momento, la física actual (incluida la cuántica) deja de poder describir qué ocurre ahí dentro. 

4. ¿Cuánto espacio hay entre núcleos? 

En la corteza, el espacio es menor al tamaño de un átomo de hidrógeno, pero sigue habiendo «vacío» ocupado por electrones. Sin embargo, al llegar al manto y núcleo, el espacio entre núcleos es CERO. Es una masa continua de materia nuclear; es, literalmente, un núcleo atómico del tamaño de una ciudad.