¿Qué son las estrellas de neutrones?

Pregunta interesante. Gracias. Voy a intentar explicarlo lo más sencillamente posible.

Una estrella permanece en equilibrio entre la fuerza gravitatoria, que empuja a las capas de la estrella hacia el centro de la misma, y las fuerzas nucleares desencadenadas a partir de la fusión de hidrógeno y helio, principalmente. Representando esto de una manera simple, sería más o menos así:

Cuando el combustible nuclear se agota, la gravedad actúa libremente y contrae las capas hacia el centro de la estrella. La masa de la estrella es elevadísima (la de nuestro Sol es del orden de 10^30 kg) y por lo tanto la gravedad es elevadísima también. La idea es pensar que “a mayor masa, mayor es la fuerza gravitatoria (gravedad)”.

La gravedad contrae las capas de la estrella hasta “apretar” los átomos tanto, que los electrones comienzan a producir una fuerza de repulsión capaz de parar la contracción que parecía imparable: Ha nacido una enana blanca.

Estamos hablando de enanas blancas con un tamaño sobre el 10% del radio original de la estrella. El final de nuestro Sol será éste, una enana blanca.

Sin embargo, si la estrella es masiva, del orden de 2 a 3 veces la masa de nuestro Sol, la gravedad será tan grande que ni siquiera la fuerza de repulsión de los electrones la podrá parar, y entonces la gravedad comprime los átomos hasta provocar que los electrones y los protones se combinen para formar neutrones. Esto se puede escribir así:

protón + electrón → neutrón + neutrino

Todo lo que queda de aquella bonita estrella ahora son neutrones y más neutrones, es decir, ¡una estrella de neutrones!. Los neutrones a muy cortas distancia son repulsivos aunque no tengan carga eléctrica, y es esta cualidad junto con la del principio de exclusión de Pauli la que evita que la gravedad siga contrayendo la estrella aún más. Si así fuera, el colapso gravitatorio ya no para y forma un agujero negro.

Una estrella de neutrones es un objeto del tamaño de unos 50 km, con unas densidades elevadísimas. ¿Se imaginan tener un Boeing 747 en un grano de arena?.

Algunas estrellas de neutrones producen radiación mientras rotan rápidamente, lo que produce un púlsar. Los púlsares son los “faros cósmicos” que los astrofísicos y astrónomos pueden utilizar como referencia para situarse en el Cosmos. Mientras giran sobre sí mismas, emiten chorros de radiación X. La rotación se produce a velocidad uniforme y los chorros apuntan a la Tierra cada “x” segundos de rotación, siempre de una manera precisa, igual que un faro apunta en una dirección cada “x” segundos de rotación.

Púlsar en la nebulosa del Cangrejo.

Finalmente, existe un límite llamado el límite de Chandrasekhar que separa un final del otro: Las estrellas con una masa por debajo de este límite acaban como enanas blancas y, las que superan ese límite (de 2 a 3 masas solares) acaban como una estrella de neutrones o peor, como un agujero negro (a partir de 10 masas solares).

Fuentes:

Colapso gravitatorio - Wikipedia, la enciclopedia libre

Estrella de neutrones - Wikipedia, la enciclopedia libre

Púlsares, los faros del Universo — Astrobitácora

Un interesante video que resume lo explicado:

La vida privada de las estrellas [9/10] Las estrellas de neutrones