¿Pueden las estrellas contener núcleos densos de estrellas de neutrones?

Para producir material degenerado de neutrones, necesita comprimir la materia a aproximadamente$10^{15}$kg/m3$^3$. A menos que haga esto, todos los neutrones libres se descompondrán. Por lo tanto, no existe una forma estable de baja densidad de materia de neutrones parcialmente degenerada.

Las estrellas, por supuesto, contienen tales depósitos de masa que, en principio, parece que podría existir material degenerado de neutrones en sus centros, con su campo gravitatorio proporcionando la compresión requerida. Sin embargo, el problema es que los núcleos de las estrellas no están fríos. La presión en el núcleo, requerida para soportar el peso de la estrella, es suficiente para mantener el gas en densidades demasiado bajas para ser degenerado por neutrones. Esta presión y temperatura pueden mantenerse fácilmente en condiciones no degeneradas mediante reacciones nucleares. Solo cuando cesan las reacciones nucleares exotérmicas y los mecanismos de enfriamiento (de neutrinos) se vuelven eficientes, el núcleo puede colapsar a las densidades requeridas al comienzo de una supernova con colapso del núcleo.

La degeneración de electrones que se encuentra en las enanas blancas requiere densidades mucho más bajas. Se espera que estas condiciones estén presentes en los núcleos inertes de las estrellas gigantes rojas de baja masa y en los núcleos de las enanas marrones y los planetas gigantes que no soportan la fusión nuclear.

En ambos casos, los "pequeños trozos" no pueden existir de forma aislada, porque su densidad de energía cinética interna sería mucho mayor que la de su entorno. Esa es una manera elegante de decir que explotaría. La masa mínima para un "trozo" de materia estable degenerada por neutrones es de aproximadamente 0,15$M_{\odot}$. Es menor para la degeneración de electrones (por ejemplo, el núcleo de un planeta gigante), pero no tengo un número exacto.

Lectura adicional: ¿Cuál es el límite de masa inferior teórico para una estrella de neutrones gravitacionalmente estable?

¿Qué le sucedería a una cucharadita de material de estrella de neutrones si se liberara en la Tierra?

Uno no puede ir y mirar una estrella de neutrones, pero uno puede modelar con la física conocida cómo sería la superficie de una estrella de neutrones. El hecho de que estés hablando de una estrella no significa que será luminosa. Parece que los modelos dan una costra muy dura:

Para averiguar qué tan fuertes son realmente las cortezas de las estrellas de neutrones, Horowitz y un colega crearon una simulación por computadora de la superficie de una estrella. Aunque el interior de la estrella es una especie de masa fluida compuesta principalmente de neutrones, la corteza está compuesta de átomos fragmentados, los núcleos de elementos desconocidos. Para simular esto, Horowitz usó el programa de computadora para comprimir átomos de selenio virtuales, presionándolos en pequeños cubos. Determinó que la corteza es miles de millones de veces más fuerte que incluso las aleaciones de metal más resistentes aquí en la Tierra.

Parece que fuertes estallidos de rayos gamma se han relacionado con terremotos de estrellas de neutrones:

En 2004, los astrónomos detectaron una espectacular explosión de rayos gamma procedente de una estrella de neutrones en la constelación de Sagitario, a 50.000 años luz de la Tierra. La estrella, SGR 1806-20, es una magnetar, un tipo de estrella de neutrones que tiene un poderoso campo magnético. La NASA, los satélites europeos y los astrónomos de todo el mundo detectaron la llamarada, que durante una décima de segundo fue más brillante que cualquier cosa que se haya visto más allá de nuestro sistema solar. Fue la llamarada más grande jamás vista y una de las cuatro que se han visto hasta ahora.

"Creemos que estas llamaradas gigantes provienen de terremotos de estrellas muy, muy grandes", dijo el físico Charles Horowitz de la Universidad de Indiana. Solo una corteza súper fuerte podría haber explotado con tanta fuerza, explicó.

¿Permanecería en este estado una parte rota de la corteza si la estrella de neutrones se rompiera? Evidentemente no, porque es la presión lo que lo mantiene sólido. En el espacio por sí mismo se expandiría y volvería al estado apropiado de la materia para esa temperatura y presión gravitacional.

Estoy seguro de que sabe por qué la estrella de neutrones es tan densa y sus moléculas están muy juntas.

Debido a la presencia de un campo gravitacional muy alto que rodea a la estrella de neutrones, el espacio vacío que normalmente está presente entre los átomos se comprime y no queda espacio entre ellos.

La materia de la estrella de neutrones seguramente se desinflará hasta que, o a menos que, haya un campo gravitacional más alto que rodee la materia de la estrella de neutrones.

Eso puede proporcionarle las mismas condiciones que antes.

En su libro "La física de los superhéroes", el Dr. James Kakalios argumenta que la gravedad de la superficie del planeta Krypton, mundo natal de Superman, es aproximadamente 15 veces el valor de la gravedad de la superficie de la Tierra. Esto solo es posible si el núcleo interno profundo del planeta Krypton contiene una estrella de neutrones. La discusión relevante se puede encontrar en línea a través de GoogleBooks, en la página 42.

Obviamente, Krypton no es una estrella, pero ahí lo tienes: hay condiciones bajo las cuales esto es posible, al menos para un planeta.

[vamos chicos... anímense!]