Estrellas electrodébiles

Continuando la serie sobre estrellas hipotéticas —basada, en parte, en el artículo de Listverse sobre tipos estelares exóticos— hoy vamos a explorar un tipo de estrella compacta que podría representar una etapa intermedia entre las estrellas de quarks y los agujeros negros: las estrellas electrodébiles.

Para tener una idea de la altísima densidad de la que hablamos, el núcleo de una estrella electrodébil tendría aproximadamente el tamaño de una manzana, pero contendría el doble de la masa de la Tierra. Eso la haría más densa que cualquier estrella observada hasta la fecha, solo superada por las estrellas de preones, aún más teóricas, que podrían condensar la masa de la Tierra en una esfera de tan solo cinco metros de diámetro.

En el caso de las estrellas de preones, eso representa la estrella completa; en el caso de las estrellas electrodébiles, es solo el núcleo, pero aún sigue siendo algo impresionante y fascinante para se imaginar.

Visualización artística de una estrella electrodébil, un objeto estelar exótico alimentado por combustión electrodébil.

¿Qué son las estrellas electrodébiles?

Las estrellas electrodébiles son objetos teóricos y exóticos cuyo colapso gravitacional se detiene por la presión de radiación generada durante la combustión electrodébil, un proceso en el que los quarks se convierten en leptones (como electrones y neutrinos) mediante la fuerza electrodébil.

Este proceso ocurriría en un núcleo con el volumen de una manzana, con una masa equivalente a dos masas terrestres, y que alcanzaría temperaturas del orden de 10¹⁵K (1 petaKelvin).

Si bien que las estrellas de quarks podrían parecer la etapa final antes de un agujero negro, los físicos han propuesto una posibilidad aún más extrema: una estrella capaz de mantener el equilibrio mediante interacciones complejas entre la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo, conocidas colectivamente como fuerza electrodébil.

En una estrella de este tipo, la masa y la energía del objeto en colapso presionan hacia el interior de un núcleo de materia extraña. A medida que aumenta la energía, las fuerzas electromagnética y débil se unifican, y la distinción entre ellas desaparece.

Estas estrellas podrían detectarse teóricamente a través de la emisión igual de neutrinos de las tres generaciones de partículas, considerando los efectos de la oscilación de neutrinos.

Aunque no se ha observado ninguna estrella electrodébil, algunas estrellas masivas en nebulosas como ésta podrían representar candidatas en las condiciones adecuadas.

Estabilidad y apariencia

La energía liberada por la combustión electrodébil podría ser suficiente para detener temporalmente el colapso, funcionando de forma similar a cómo la fusión nuclear sustenta las estrellas comunes. Como resultado, el objeto podría evitar convertirse en un agujero negro, al menos temporalmente.

Sin embargo, no está claro cómo se verían estas estrellas. Según los autores del modelo, la estructura de la capa exterior determinaría la visibilidad, ya que es aquí donde se emiten los fotones, o sea, la luz.

Las simulaciones sugieren que las estrellas electrodébiles podrían ser casi indistinguibles de las estrellas de neutrones, lo que dificultaria su detección.

Estructura propuesta de una estrella electrodébil, incluido el núcleo electrodébil, la capa de liberación de neutrinos y la capa de liberación de fotones.

El modelo de De-Chang Dai y colegas

En diciembre de 2009, De-Chang Dai, del Colegio Estatal de Búfalo, Glenn Starkman de la Universidad Case Western Reserve, Dejan Stojkovic y Arthur Lue del MIT, propusieron la existencia de este tipo de estrellas en un artículo presentado en la revista Physical Review Letters.

Un modelo posterior, de 2011, describe una estrella electrodébil con 1,3 masas solares y un radio de 8,2 km. La neutrinosfera (donde escapan los neutrinos) estaría a tan solo 0,1 km por debajo de la superficie, y los neutrinos emitidos tendrían una energía promedio de unos 300 gigaelectronvoltios (300 GeV).

Según los cálculos, esta fase podría durar hasta 10 millones de años: breve en términos cósmicos, pero lo suficientemente larga como para que su detección sea teóricamente posible.

Modelo simplificado de las capas internas de una estrella electrodébil, mostrando zonas donde escapan los neutrinos y los fotones.

Desde el Universo Primitivo hasta la Actualidad

Las estrellas electrodébiles son particularmente interesantes para los físicos de partículas y los cosmólogos porque sus interiores imitarían las condiciones del universo en un milmillonésimo de segundo después del Big Bang, un momento en el que las fuerzas débil y electromagnética aún estaban unificadas.

Encontrar una estrella así sería como descubrir un laboratorio natural de física de partículas, con profundas implicaciones para nuestra comprensión de la materia, la gravedad y la evolución estelar.

Entre lo real y lo hipotético: El caso de los agujeros negros

Cabe destacar que los agujeros negros también se consideraron especulativos en su momento. La idea se remonta a el filósofo de la naturaleza y sacerdote inglés John Michell en 1783, imaginó una estrella más y más densa y pesada, tanto que llegara un momento en que la velocidad de escape fuese igual a la velocidad de la luz. Y si la estrella fuese aún más pesada y densa, entonces un objeto no podría escapar ni siquiera moviéndose a la “velocidad de la luz”. En una carta de 1784, calculó que una estrella con la misma densidad, pero 500 veces el radio del Sol, sería invisible porque la luz no podría escapar de ella.

Unos años más tarde, en 1796, Pierre-Simon Laplace sugirió que una estrella suficientemente masiva también podría ser invisible, una concepción temprana de lo que hoy llamamos agujero negro.

Sin embargo, no fue hasta el siglo XX que surgieron pruebas sólidas: en 1971 con Cygnus X-1, una potente fuente de rayos X vinculada a un agujero negro de masa estelar; en 2019, con la primera imagen de un agujero negro en la galaxia M87; y en 2021, con la primera detección de luz detrás de un un agujero negro.

Hoy en día, los agujeros negros han pasado de ser curiosidades matemáticas a realidades observacionales. Las estrellas electrodébiles podrían seguir el mismo camino algún día.

Conclusión

Las estrellas electrodébiles representan una nueva clase posible de objetos ultracompactos, con el potencial de transformar nuestra comprensión de la muerte estelar, las fuerzas fundamentales y el universo primitivo.

Aunque su existencia no ha sido confirmada, el hecho de que encajen en nuestros modelos físicos actuales es razón suficiente para que los físicos de partículas y los astrofísicos se tomen la idea en serio.

Puede que aún estemos lejos de detectar una, pero en su momento, estuvimos igualmente lejos de detectar agujeros negros. Hoy, son tan reales como el Sol que ilumina nuestro planeta a diario.

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