En astrofísica y física nuclear , la pasta nuclear es un tipo teórico de materia degenerada que se postula que existe dentro de las cortezas de las estrellas de neutrones . Si existe, la pasta nuclear sería el material más fuerte del universo. [1] Entre la superficie de una estrella de neutrones y el plasma de quarks y gluones en el núcleo, a densidades de materia de 10 14 g/cm 3 , las fuerzas de atracción nuclear y repulsión de Coulomb son de magnitud comparable. La competencia entre las fuerzas conduce a la formación de una variedad de estructuras complejas ensambladas a partir de neutrones y protones . Los astrofísicos llaman a este tipo de estructuras pasta nuclear porque la geometría de las estructuras se asemeja a varios tipos de pasta . [2] [3]
Las estrellas de neutrones se forman como restos de estrellas masivas después de un evento de supernova . A diferencia de su estrella progenitora, las estrellas de neutrones no están formadas por un plasma gaseoso. En cambio, la intensa atracción gravitatoria de la masa compacta supera la presión de degeneración de electrones y hace que se produzca la captura de electrones dentro de la estrella. El resultado es una bola compacta de materia neutrónica casi pura con protones y electrones dispersos , que llena un espacio varios miles de veces más pequeño que la estrella progenitora. [4]
En la superficie, la presión es lo suficientemente baja como para que los núcleos convencionales, como el helio y el hierro , puedan existir independientemente unos de otros y no se aplasten entre sí debido a la repulsión mutua de Coulomb de sus núcleos. [5] En el núcleo, la presión es tan grande que esta repulsión de Coulomb no puede soportar núcleos individuales, y debería existir alguna forma de materia ultradensa, como el plasma teórico de quarks y gluones . [ cita requerida ]
La presencia de una pequeña población de protones es esencial para la formación de la pasta nuclear. La atracción nuclear entre protones y neutrones es mayor que la atracción nuclear entre dos protones o dos neutrones. De manera similar a cómo los neutrones actúan para estabilizar los núcleos pesados de los átomos convencionales contra la repulsión eléctrica de los protones, los protones actúan para estabilizar las fases de la pasta. La competencia entre la repulsión eléctrica de los protones, la fuerza de atracción entre los núcleos y la presión a diferentes profundidades en la estrella conduce a la formación de la pasta nuclear. [6]
Aunque no se ha observado pasta nuclear en una estrella de neutrones, se teoriza que sus fases existen en la corteza interna de las estrellas de neutrones, formando una región de transición entre la materia convencional en la superficie y la materia ultradensa en el núcleo. Se espera que todas las fases sean amorfas , con una distribución de carga heterogénea . [2] Hacia la parte superior de esta región de transición, la presión es lo suficientemente grande como para que los núcleos convencionales se condensen en colecciones semiesféricas mucho más masivas. Estas formaciones serían inestables fuera de la estrella, debido a su alto contenido de neutrones y tamaño, que puede variar entre decenas y cientos de nucleones . Esta fase semiesférica se conoce como la fase de ñoquis . [7]
Cuando la fase de ñoquis se comprime, como sería de esperar en capas más profundas de la corteza, la repulsión eléctrica de los protones en los ñoquis no es completamente suficiente para sustentar la existencia de las esferas individuales, y se aplastan en largas varillas que, dependiendo de su longitud, pueden contener muchos miles de nucleones. Estas varillas se conocen como la fase de espagueti . Una mayor compresión hace que las varillas de la fase de espagueti se fusionen y formen láminas de materia nuclear llamadas fase de lasaña . Una mayor compresión de la fase de lasaña produce la materia nuclear uniforme del núcleo externo. Al avanzar más profundamente en la corteza interna, esos agujeros en la pasta nuclear cambian de ser cilíndricos, llamados por algunos fase bucatini o fase antiespagueti , a agujeros esféricos dispersos, que pueden llamarse fase de queso suizo . [6] Los núcleos desaparecen en la interfaz corteza-núcleo, pasando al núcleo de neutrones líquidos de la estrella.
Las fases de la pasta también tienen propiedades topológicas interesantes caracterizadas por grupos de homología . [8]
En una estrella de neutrones típica de 1,4 masas solares ( M☉ ) y 12 km de radio, la capa de pasta nuclear en la corteza puede tener un espesor de unos 100 m y una masa de aproximadamente 0,01 M☉ . En términos de masa, esta es una porción significativa de la corteza de una estrella de neutrones. [9] [10]
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