Si os gusta la astronomía, seguro que habréis oído hablar de las estrellas de neutrones, unos objetos con una masa un 40% superior a la del sol que sólo miden entre 10 y 15 kilómetros de diámetro. Como resultado, su densidad es tan alta que si llenáramos una botella de 1 litro con el material de su corteza y la trajéramos a la Tierra, esa botella pesaría tanto como 71 millones de ballenas azules. En cambio, una botella llena de osmio, el elemento más denso de la tabla periódica, «sólo» pesaría 22,3 kilos.
Me gustaría completar tu comparación absurda añadiendo que el peso de la ballena azul media es de 140.000 kg. Pero, bueno, volviendo al tema que nos ocupa… ¡¿CÓMO DIANTRES PUEDE SER QUE LAS ESTRELLAS DE NEUTRONES SEAN TAN INCREÍBLEMENTE DENSAS?!
Lo expliqué con más detalle en esta otra entrada, voz cursiva, pero lo primero que hay que tener en cuenta es que las estrellas de neutrones son los «cadáveres» que dejan atrás las estrellas que tienen una masa entre 10 y 29 veces superior a la del sol cuando mueren.
Cuando una de estas estrellas gigantes agota su combustible y las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en su interior se detienen, su núcleo ya no puede mantener a raya el peso de toda la materia que descansa sobre él y, de repente, la estrella se comprime tanto bajo su propia gravedad que incluso sus capas externas alcanzan las condiciones de presión y temperatura necesarias para que el material que contienen pueda fusionarse. Cuando esto ocurre, la estrella entera revienta en forma de súpernova, como una bomba termonuclear de millones de kilómetros de diámetro… Y en el centro de la explosión queda una bola diminuta que contiene todo el material del núcleo de la estrella, aunque extremadamente comprimido.
Esa bola compacta es a lo que los astrónomos se refieren como una estrella de neutrones.
El material que compone estos cuerpos no se parece en nada a la materia ordinaria que nos rodea, porque la contracción final del núcleo de las estrellas gigantes es tan violenta los electrones terminan aplastados contra sus núcleos atómicos y se ven forzados a unirse con los protones, produciendo neutrones. Como resultado, los objetos compactos que dejan atrás las estrellas gigantes son, básicamente, bolas de neutrones de una decena de kilómetros de diámetro (y algún que otro protón). De ahí el nombre de estrellas de neutrones, claro.
Y ahí está el secreto de la densidad de estos objetos.
Los protones y los neutrones son tan masivos (2.000 veces más que los electrones) que los núcleos de los átomos tienen una densidad que ronda los 23 billones de kilos por litro. Por suerte, como comenté en esta entrada prehistórica, el 99,9999999999999% del volumen de un átomo está vacío debido a la gran distancia que separa el núcleo de las capas de electrones que lo rodean, así que, aunque los átomos tengan un núcleo muy masivo, su densidad media es relativamente baja y la materia que nos rodea es bastante ligera.
Pero, claro, las estrellas de neutrones no contienen átomos ordinarios porque están hechas de neutrones muy pegados entre ellos, así que la densidad extrema de estas estrellas viene del hecho de que están compuestas únicamente por las partículas más masivas de los átomos, sin espacios vacíos entre ellas que reduzcan la densidad global del material.
Pero, además una densidad tremenda que ronda los cientos de billones de kilos por litro, el material que compone las estrellas de neutrones tiene otra particularidad muy curiosa: es extremadamente duro y resistente, 10.000 millones de veces más fuerte que el acero.
Esto se debe a que un material se rompe cuando el esfuerzo al que está sometido supera la fuerza que mantiene sus átomos unidos y éstos se empiezan a separar en algún punto de su estructura. Por tanto, la resistencia mecánica de un material depende en gran medida de lo fuertes que sean los enlaces que mantienen la cohesión de sus átomos de manera que, cuanto mayor sea la fuerza con la que están enlazados, más resistente será.
Representación chapucera de lo que le pasa a un material cuando se rompe, a nivel atómico.
O sea, que el material que compone las estrellas de neutrones es extremadamente resistente porque la fuerza que mantiene unidos sus neutrones es muchísimo mayor que la que enlaza los átomos que forman la materia ordinaria.
¡Ostras! ¿Y a qué estamos esperando? ¿Por qué no montamos una expedición a una estrella de neutrones y traemos este material a la Tierra para fabricar pantallas de móviles que no se romperán nunca más?
Pues primero porque la estrella de neutrones más cercana está a unos 400 años luz de la Tierra… Pero, más importante aún, porque posiblemente moriríamos todos.
Me explico (con una analogía).
Un muelle metálico muy grande podría parecer un objeto rígido cuando está comprimido, pero, por supuesto, en cuanto la fuerza que lo comprime se retire, el muelle saltará y recuperará violentamente su forma en un instante. O sea, que un muelle sólo puede existir en su estado comprimido mientras está bajo presión, así que no podemos cogerlo y llevarlo de un lado a otro sin más porque recuperará su forma en cuanto lo apartemos de la fuerza que lo mantiene compactado.
Pues resulta que al material que compone las estrellas de neutrones le ocurre algo parecido porque esta sustancia extremadamente fuerte y densa sólo puede existir bajo condiciones de gravedad extrema. E igual que un muelle tiene una resistencia interna que lo devolverá bruscamente a su forma original en cuanto la fuerza que lo comprime desaparezca, los neutrones también experimentan una intensa repulsión debida al principio de exclusión de Pauli (que mencioné en esta entrada) que sólo puede ser contenida por la inmensa gravedad de una estrella de neutrones.
Por tanto, igual que un muelle que recupera su forma cuando se descomprime, en el momento en que alejáramos un fragmento de estrella de neutrones de su superficie, las partículas dejarían de estar confinadas por su campo gravitatorio y el material se expandiría de manera instantánea a velocidades de entre el 10% y el 20% de la velocidad de la luz. Para haceros una idea del efecto devastador que tendría esta expansión repentina, el astrofísico Rob Jeffries calculó en esta respuesta que sólo 5 mililitros de estrella de neutrones liberarían tanta a energía al expandirse como mil millones de bombas atómicas, lo que equivale a 3.500 veces la energía que produjo el impacto del meteorito que extinguió (o contribuyó a la extinción de) los dinosaurios.
¡¿Pero qué dices?! ¡¿Cómo iba una cosa tan pequeña a producir una explosión tan fuerte?!
Lo sé, lo sé, parece increíble, pero recuerda que las estrellas de neutrones tienen una densidad tremenda: esos 5 mililitros contendrían una masa de varios cientos de miles de millones de kilos que se estarían expandiendo a una fracción respetable de la velocidad de la luz.
He intentado representar cuál sería el efecto de una explosión de esta magnitud usando esta aplicación que muestra sobre un mapa el radio de destrucción que provocaría una bomba atómica de una potencia determinada, pero el programa tiene un límite de «sólo» 100 megatones, el doble de la bomba termonuclear más potente jamás detonada. Introduciendo esta cifra límite, la aplicación revela que los efectos de la explosión se sentirían en un radio de 64 kilómetros, representado en esta imagen:
En cambio, la energía liberada por 5 mililitros de estrella de neutrones ascendería hasta los 358.000.000.000 megatones, más de tres mil millones de veces superior a ese límite… Así que, bueno… Aunque el programa no lo pueda calcular, me atrevería a afirmar que no sería muy buena idea traer este material a la Tierra.
Por tanto, si no quieres que se rompa la pantalla de tu móvil y quieres evitar la esterilización de la superficie terrestre, te recomiendo que te compres una funda, voz cursiva.
De todas maneras, sería imposible traer un fragmento de la corteza de una estrella de neutrones a la Tierra porque habría que mantenerlo contenido bajo presiones extremas durante el camino para que no reventara. Como no existe ninguna tecnología capaz de someter la materia a presiones tan intensas, quienes se acabarían tragando la explosión equivalente a la de miles de millones de bombas atómicas serían los pobres diablos a los que se les hubiera ocurrido la genial idea de ir a buscar un fragmento de la estrella de neutrones.
39 comentarios
….El universo es tan increible…. que ni con toda nuestra imaginacion… podemos llegar a recrear todos los sucesos que lo componen…..
Antes de nada queria felicitarte en mi primer comentario por el blog.
Tengo una duda.
Respecto al ejemplo de los 5 ml de la estrella, alomejor no lo entiendo por que no doy mas de si, pero tengo entendido que 5 ml ya sea de la estrella o de agua sera 5 ml no se multiplicaria por millones de litros. Otra cosa es el volumen que ocupe. Con 5ml agua necesitas una cucharilla con la estrella….. lo mismo ni la ves con un microscopio electronico. Pero siempre seguirian siendo 5 ml incluso despues de que se expanda y nos reviente a todos.
Un saludo.
Gracias! Creo que estás confundiendo mililitros con miligramos: los mililitros son una unidad de volumen (0,000001 metros cúbicos) y los miligramos miden masa. Un saludo!
Hola, interesante entrada. Otra pregunta interesante es de donde viene el campo magnético de las estrellas de neutrones.
No sé si es el lugar más idóneo, pero al hilo del descubrimiento de las ondas gravitacionales, nunca he conseguido leer o escuchar que pasa con dos efectos cotidianos: Si afecta a estas ondas el efecto Doppler, y que pasa cuando estas ondas atraviesan una lente gravitacional. Un saludo Jordi y enhorabuena!
Hola ml significa mililitro y mg significa miligramo
Hola te habría faltado comentar a lo mejor los efectos que tendría acercarse a la gravedad de la estrella, no sé si tendría los mismos efectos de marea que un agujero negro.
Por otro lado me ha extrañado los datos de densidad que se indican: si la de los núcleos atómicos es de 23 billones de kilos por litro, cómo puede ser la de una estrella de neutrones de cientos de billones de kilos por litro. ¿La gravedad de la estrella hace que también estén más próximos entre sí los neutrones allí que en los núcleos normales?
Saludos!
los neutrones son del mismo tamaño… lo que no existen son atomos, los electrones se juntan con los protones formando neutrones… por eso la estrella se llama de neutrones, todo los atomos que contiene se han convertido en neutrones y todos ellos son del mismo tamaño que los de los nucleos atomicos. pero ten en cuenta que para formarse una estrella así, ha de ser más masiva de 2,16 masas solares.
Leído en menéame.net como comentario a este artículo:
«La gravedad dejaría de contrarrestar la fuerza débil y habría desintegraciones a lo bestia. Los quarks down liberarían electrones en plan industrial y de la energía masiva generada en un instante la Tierra quedaría frita»
¿Es un resumen correcto?
Gracias
Es correcto, sería otro efecto de la descompresión que no he tratado: los neutrones individuales no son estables en condiciones normales y se convierten en protones tras emitir un electrón y un antineutrino, con un periodo de semidesintegración de 10 minutos.
Esto significa que, 10 minutos después de que extrajéramos el material de la estrella de neutrones, la mitad de los neutrones decaerían emitiendo radiación beta (electrones). No he añadido este efecto para no liar la perdiz, porque la masa de los electrones es 2.000 veces menor que la de los neutrones y, además, no se trata de un proceso instantáneo, así que creo que la energía liberada por la descompresión del material sería la fuerza destructiva dominante en este escenario hipotético.
¿Cómo se llama el proceso por el cual el electrón «cae» al núcleo «combinándose» con los protones para producir neutrones?
¿Qué fuerza provoca eso? ¿La nuclear fuerte?
No te pido la explicación concreta, sólo de donde tirar para entenderlo. Me vale el inglés igualmente.
«¿Cómo se llama el proceso por el cual el electrón “cae” al núcleo “combinándose” con los protones para producir neutrones?»
Creo que a ese proceso se le llama Desintegración Beta Inversa.
Se llama captura electrónica y es el proceso contrario a la desintegración beta negativa
Como siempre, genial!
Por cierto en amazon compre tu libro creyendo que era en formato físico y resulta que era pdf, no era muy intuitivo, no tengo kindle.
Me podrías dar link de alguna web para comprarlo y empaparme de tu sabiduría en el metro pasando páginas, por favor?
Saludos y gracias por iluminarnos un poco!
¡En Amazon está en los dos formatos, pero te devuelven el dinero si te has equivocado, hasta donde tengo entendido! ¿Cuál de los dos libros es?
Enhorabuena por el blog, tiene un curro inmenso explicar las funciones del universo en un lenguaje que todo el mundo entienda.
Leyendo el artículo me surge una duda, comentas que, cuando una estrella con una masa grande explota mediante una supernova, se queda su núcleo que es la que se considera la estrella de neutrones. ¿El núcleo se mantendrá estable o tenderá a explotar como lo hace cuando colapsa?, ¿Si mal no recuerdo, las estrellas de neutrones están relacionadas con la formación de agujeros negros?
Muchas gracias, sigue así.
Gracias! Una estrella de neutrones se puede convertir en un agujero negro si absorbe suficiente masa de su entorno, pero no es un paso necesario para la formación de un agujero negro, ya que se pueden formar directamente a través del colapso gravitatorio de una estrella muy masiva.
Respondiendo a la primera pregunta, las estrellas de neutrones no «explotan» en ningún momento de su vida porque no generan energía propia en su interior: simplemente se van enfriando hasta que, con el tiempo, disipan todo su calor.
«los electrones terminan aplastados contra sus núcleos atómicos y se ven forzados a unirse con los protones, produciendo neutrones»
Una pregunta: si los protpnes están compuestos por 3 quarks ( https://cienciadesofa.com/2018/04/que-aspecto-tienen-las-particulas.html ) y los electrones son un «quark» en sí mismos… ¿si se suman p + e no salen 4 partículas, y los neutrones no están compuestos también por 3?
Recuerda E=mc2…. materia se «convierte» en energía.
Si, es raro.
Que fuerza habría que vencer para arrancar esos 5cm3 de la superficie de la estrella?
Jordi, no es cierto que en las esrtrellas de neutrones los protones de los atomos acaban convirtiendose en neutrones? La figura que muestra los atomos en una estrella de neutrones deberia ser todo «bolas gristes» o rojas, pero no una mezcla de las dos, verdad?
Cierto, pero no quería representar sólo neutrones, porque en realidad la concentración de estas partículas en una estrella de neutrones sigue un gradiente: su superficie es una mezcla de protones y neutrones y la concentración de neutrones va aumentando con la profundidad. Lo comenté en la entrada que menciono en el artículo (https://cienciadesofa.com/2017/11/cuales-son-las-estrellas-mas-densas-del-universo.html).
Y… aplicando el ejemplo del muelle, cuando ésos pobres diablos logren coger un trozo de estrella de neutrones, la fuerza que la comprime comenzará a reducirse conforme se alejan de la estrella, por lo que sería como ir quitando presión de éste muelle poco a poco. Supongo que con la diferencia de que el muelle tendría una respuesta lineal, y la estrella no, pero la estrella de neutrones está compuesta de varios elementos, y mi pregunta es. ¿En éste caso, cuando la fuerza gravitatoria disminuya hasta el punto en que comience a separarse los electrones de los núcleos, pasaría en todo el material a la vez, o en función de cada elemento sería escalonado?, Y en ésta mísma línea, ¿cuánto podríamos separar el material de la estrella antes de que se expandiera y matase a los pobres diablos?
Bueno sin ser conocedor el artículo es de los más interesante, pero en ese hipotético planteamiento de que quienes trajera un fragmento morirían por la expansión del fragmento, según entiendo morirían antes de poder obtener el fragmento debido a la gravedad (¿Es correcto o entendí mal todo?)
Para una novela de Ciencia Ficción, ¿qué sería más energético?
-Propulsarse con un motor que uniese materia y antimateria.
-Propulsarse con un motor que descomprimiese pequeñas cantidades de materia de estrella de neutrones.
Tengo entendido que la reacción materia-antimateria es la mas energética del universo.
No soy un experto en el tema pero creo que arrancarle esa cantidad de materia a una estrella de neutrones podría requerir más energía de la que pueda aportar su descompresión 🤔
Si quieres causar mayor epicidad la estrella de neutro es seria mejor, pero tendrías que pensar una manera de como contenerla, por lo que la idea de materia y antimateria sería más viable alegando que usas campos cuánticos muy potentes para controlar la antimateria.
En una reacción de materia-antimateria, el 100% de la masa implicada se transforma en energia, asi que es y será la reacción más energetica que puedes conseguir.
Ahora bien, como dice otro comentario, para una novela de ciencia ficción suena mucho más épico un combustible de estrella de neutrones.
Buenas tardes, antes que nada felicidades por el blog. Mi comentario es para simplemente sugerirte in cambio en la figura donde comparas la estructura de la materia «convencional» con la de una Estrella de neutrons. En la material normal la estructura de los atomos esta compuesta por los electrones (bolitas amarillas), protones y neutrones (en los nucleos, bolitas rojas y grises). Mientras que en la Estrella de neutrones, la materia esta dibujada de manera que esta compuesta fundamentalmente de los neutrones porque los electrones y los protons se han unido debido a la altisimas presiones. Asi pues mi comentario es que en la figura, en la material «condensada» deberian de aparecer solo in solo tipo de bolitas, o bien las rojas o las grises (dependiendo cual consideres los neutrones, aunque normalmente son los grises), y ya si quieres ser muy muy preciso, en la superficie de las estrellas de neutrones, se supone, que pueden encontrarse electrons por ahi sueltos «danzando» en el poco espacio que tienes. pero entiendo que eso seria elevar mucho el nivel del dibujo.
De nuevo, enhorabuena por tu blog!
Me ha encantado la entrada.
Una imaginación. Si las estrellas de neutrones son solo neutrones y protones, no vendrían a ser un super átomo ion gigante ?
😉
Se llama captura electrónica, un electrón se une con un protón y se forma un neutrón, y se libera radiación electromagnética, (concretamente rayos X)
También se emite un neutrino electronico
Wow es super interesante que fuera posible contener un litro de esa energía de a estrella y poder liberarla a voluntad para viajes in terestelares sólo es una fantasía pero quien quita pero podría ser una probabilidad hace 15 años ni sabíamos de la partícula de Dios.
Jordi!!! 2 cosas!!!
1) Cuando hablas la resistencia de los materiales explicas que este depende de la fuerza con la que sus átomos están enlazados entre si. Si esto aplica también a las estrellas de neutrones quiere esto decir que existe alguna fuerza entre estos neutrones que los mantienen unidos o solo es una consecuencia de las altas presiones a la que esta sujeta la estrella.
2) Mi gatita pario 2 gatitos, uno blanco y uno amarillo con rayas pero el padre y ella son completamente blancos, quiere decir esto que tengo que cambiar las cerraduras de toda la casa? o tu Darwin tiene una explicación para ello… saludos desde mi escritorio.
En respuesta a 1) seguramente sea la fuerza nuclear fuerte, la responsable de mantener unidos a los nucleones en el nucleo atómico, la responsable de que los neutrones permanezcan juntos incuso sobreponiense al Principio de Exclusión.
En respuesta a 2) probablemente, uno o dos de los abuelos de los gatitos fuese amarillo con rayas. Que los padres sean blancos no significa que no porten un gen del color amarillo con rayas
Lo primero, un artículo muy interesante como siempre
Se me ocurre que si el material del que estan hechas las estrellas de neutrones es tan duro, no sería posible ni si quiera arrancarles un trozo.
Un saludo
enhorabuena por el Blog, me encanta.
Si el material de la estrella de neutrones es tan tropecientas veces mas duro que el acero, seria imposible arrancar ninguna parte a la estrella de neutrones, asique la explosión de los 5ml de material tampoco es muy preocupante 🙂
Hola, buen tema, me agrada.
Pienso q solo falto mencionar q la inmensa gravedad y extensa también de la estrella de neutrones descpmpondria los átomos de cualquier individuo q intentase acercarse. Inmediatamente serían parte de la estrella . Eso o son ronstisados antes por los aces de rayos gamma q emiten sus polos como días cuazares.
para que se forme un agujero negro necesitasn 3.8 masas solares con un diametro de 24km, por lo tanto una estrella de neutrones esta prodebajo de esta densidad.