¿Por qué las estrellas de neutrones están formadas por neutrones? ¿Qué le pasó a los protones?

Una estrella de neutrones nace en las últimas etapas de una estrella masiva y es la consecuencia de la explosión de esta en supernova.

La implosión consiguiente, consecuencia de la fotodesintegración del hierro en el núcleo de la estrella y donde los electrones se unen a los protones formando neutrones y neutrinos, inicia el proceso de conversión en una estrella de neutrones.

Cuando la fuerza de expansión que ejercen los electrones presentes en el núcleo desaparece, el núcleo de la estrella empieza a contraerse. Con una densidad comparable a la densidad de un núcleo atómico, se inicia una nueva forma de presión de degeneración, producida por neutrones (en vez de electrones).

Cuando la estrella termina de contraerse y llega al equilibrio, lo que queda es una estrella de neutrones; un objeto muy compacto y muy masivo que tiene una masa de un par de masas solares contenidas en una esfera de 10 km de radio y de una enorme gravedad y con una rotación veloz.

Si el Sol se convierte en una estrella de neutrones (que no lo hará porque no tiene masa suficiente), daría una vuelta sobre su propio eje en 4 milisegundos (ahora tiene una rotación de alrededor de 26 días.

Otro fenómeno que se incrementa por la disminución de tamaño y el aumento de la masa es el incremento del campo magnético y ambos fenómenos hacen que se comporte como un faro de luz, ya que a poca distancia de la superficie de la estrella algunos electrones son atrapados por el campo magnético generando ondas de radio, que tienen una dirección determinada por el campo magnético, dentro de un haz.

La composición química interna, según J. W. Negele y D. Vautherin [Nuclear Physics A, vol. 175 (1973), página 298] es la siguiente:

• La primera columna da el nombre del elemento y su símbolo químico ,
• Z es el número de protones que tiene el núcleo (lo cual determina el nombre del elemento químico),
• N es el número de neutrones que tiene el núcleo (núcleos con el mismo Z pero distintos N son llamados isótopos),
• A es el número total de neutrones y protones por núcleo [Z+N es el número de nucleones en cada núcleo pero en la corteza interior A es superior a N+Z ya que tenemos neutrones que no están dentro de los núcleos]
• La última columna da la densidad máxima a la cual el núcleo existe, en unidades de gm/cm3 (gramos por centímetro cúbico).

Por ejemplo, la capa con densidades entre 2,2x10^10 y 4,8x10^10 gm/cm cúbicos está constituida de zinc, mientras que la capa superior es de germanio y la campa subyacente es de níquel. A medida que aumenta la densidad los núcleos tienen un número ligeramente creciente de protones (Z), pero el número de neutrones (N) aumenta mucho más rápidamente: la materia se está neutronizando con la densidad.

Lo más importante de la estructura de una estrella de neutrones es que el número de neutrones no confinados dentro de los núcleos va aumentando rapidamente a medida que aumenta la densidad y quedando la mayor parte de la masa de neutrones fuera de los núcleos.

Sin embargo, el acercarse a la densidad máxima de la corteza los núcleos crecen tanto y ocupan tanto volumen que la fracción de neutrones exterior decrece, pero no dejan de representar la mayor parte de la masa.