Por Mariano Ribas

Son tan pequeñas como una ciudad, pero más pesadas que todo el Sol. En su interior, la materia ha llegado a un increíble nivel de compresión, una densidad tan tremenda que desafía, casi con insolencia, los límites de la física convencional. De hecho, las estrellas de quarks parecen inaugurar una nueva página en el libro de extravagancias cósmicas, porque no están hechas de materia “normal”, sino de materia que se ha degenerado a causa de los violentísimos mecanismos que les han dado origen. Básicamente, serían bolas de puros quarks, una sopa elemental, compacta y ultrapesada formada por los componentes primarios de todo lo que existe. Hasta hace muy poco, estos objetos eran apenas una posibilidad teórica, y quizás, hasta un capricho de algunos astrofísicos. Sin embargo, dos flamantes descubrimientos parecen, al menos, apuntalar su insólita existencia.

Estrellas en agonia
Las estrellas no son todas iguales. Y sus vidas, tampoco. Hay estrellas ordinarias –como el Sol– capaces de vivir 10 mil millones de años, quemando lentamente el hidrógeno de sus entrañas, convirtiéndolo en helio. Y una vez que han agotado su hidrógeno, comienzan una penosa agonía, que finalmente las convertirá en una enana blanca, un cadáver estelar muy denso, rodeado de una enorme y colorida nebulosa en expansión. Pero para las estrellas más grandes, la vida es mucho más corta y agitada. Y sus finales son mucho más espectaculares. Apenas viven unos 10 millones de años, porque queman su combustible nuclear a un ritmo verdaderamente impresionante. Pero como son mucho más masivas, pasan por distintas etapas de fusión, generando elementos cada vez más pesados. Sin embargo, todo tiene su límite: llega un momento en que el núcleo se convierte en una esfera de átomos de hierro, y la presión externa de la estrella ya no alcanza para continuar la combustión. Entonces, en un instante, toda la estrella se derrumba sobre sí misma, el núcleo es comprimido al máximo y se produce un “rebote” hacia afuera: la estrella explota espectacularmente, desparramando por el espacio buena parte de su materia. Es una supernova. La bestial presión soportada por el núcleo obliga a la fusión de los electrones y de los protones. Y entonces todo queda convertido a una masa de neutrones que llega a medir apenas unos 20 kilómetros de diámetro. Así se forma una estrella de neutrones, un objeto pavorosamente denso y pesado: una sola cucharadita de su materia ultracompacta pesaría más que toda una montaña.
El repertorio de muertes estelares parecía completarse con los famosos agujeros negros, que son el resultado del colapso de las estrellas aún más grandes. En estos casos, toda la materia de la estrella moribunda colapsa hasta límites increíbles, formando un objeto pequeñísimo y de una densidad inimaginable. Tanto, que su colosal fuerza de gravedad atrae todo tipo de radiación, incluso a la luz, haciéndolos invisibles. Enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Tres finales posibles. Pero, probablemente, no los únicos.

La sospecha
Desde la década del 80 algunos científicos vienen barajando la posibilidad de una cuarta variante: si una estrella de neutrones adquiere suficiente masa extra (quizá, robándosela a una estrella compañera), o si el derrumbe que antecede a su estallido como supernova es aún más fuerte, la presión sobre su núcleo podría “aplastar” a los neutrones, desmenuzándolos en las partículas que los componen: los quarks (vale la pena recordar, que los neutrones –y también los protones– están formados por 3 quarks). Distintos experimentos han confirmado la existencia de los quarks que, hasta ahora, parecen ser la última frontera de lo minúsculo. Sin embargo, los científicos nunca han encontrado quarks sueltos, porque siempre parecen estar agrupados formando a los protones y a los neutrones (que son los integrantes del núcleo átomo “clásico”). A partir de todo esto, los astrónomos modelaron las características de una hipotética estrella de quarks. En principio, semejante cosa debería ser más chica y más densa que una estrella de neutrones (pero sin llegar a ser un agujero negro). Sin embargo, más allá de las especulaciones, más o menos razonables, ninguna estrella de quarks había dado la cara... hasta ahora: porque a falta de una, parece que se han encontrado dos.


El doble hallazgo
Para estar a tono con su extravagancia, los protagonistas de esta historia tienen nombres de por sí raros: RXJ 1856.5-3754 y 3C58. Verdaderamente, serían muy buenos nombres para nuevos androides en la saga de Star Wars. Pero la verdad es que esa es la denominación técnica de dos objetos que estaban catalogados como simples estrellas de neutrones. Sin embargo, las flamantes investigaciones realizadas por dos grupos de astrónomos indican otra cosa: según dicen, lo más probable es que, por fin, se haya tropezado con dos estrellas de quarks, objetos de apenas unos kilómetros de diámetro, pero con una masa superior a la del Sol. Y más allá de lo estrictamente astronómico, sería la primera vez que se encuentra materia de este tipo: puras partículas elementales. El asunto ya está haciendo bastante ruido, y no sólo está acaparando la atención de las principales revistas de astronomía del mundo, sino también de muchas otras publicaciones científicas. A continuación, una vistazo a cada uno de los casos.

Caso 1: “demasiado chica”
El Observatorio Chandra de Rayos X es la pieza clave de estos descubrimientos. Fue lanzado al espacio en 1999, a bordo de un transbordador espacial. Y a diferencia del famoso Telescopio Espacial Hubble, el Chandra puede observar el universo en las longitudes de onda correspondientes a los rayos X, un tipo de radiación principalmente asociada a objetos y fenómenos de alta energía (como las supernovas o los quasares). La cuestión es que durante los últimos tiempos, el doctor Jeremy Drake y sus colegas del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en Cambridge, han estado trabajando con el Chandra. Y uno de sus blancos fue RX J1856.5.3754, una aparente estrella de neutrones que está a 360 años luz de la Tierra, en una zona del cielo que corresponde a la constelación de Corona Australis. Esas observaciones revelaron que el objeto –que, según Drake, es el remanente de una explosión de supernova ocurrida hace miles de años– tiene una temperatura de 700 mil grados (¡más de cien veces la de la superficie del Sol!). De todos modos, eso no parecía nada raro.
Lo curioso vino después, cuando Drake y los suyos decidieron espiar a RXJ1856 (para abreviar) con el Telescopio Espacial Hubble: la imagen en luz visible reveló que se trataba de una estrella de color azul y extremadamente tenue. Al confrontar ambas observaciones, los astrónomosllegaron a una llamativa conclusión: algo tan caliente sólo puede ser tan tenue en luz visible si es muy pero muy chico. Después de los cálculos, Drake determinó que el objeto medía apenas 11 kilómetros de diámetro. Una verdadera miseria. “RXJ1856 es un 50 por ciento más chica que una estrella de neutrones”, dice Drake. Semejante miniatura, en principio, sólo podría explicarse si “los neutrones y los protones de esta estrella se hubiesen disuelto, formando una masa aún más densa y compacta hecha sólo de quarks”, agrega el científico. (De todos modos, Drake aclara que podría haber otra explicación, aunque absolutamente improbable: quizás, lo que observaron era justo una zona particularmente caliente de una estrella de neutrones, lo que ocultaría su tamaño verdadero.)

Caso 2: “demasiado fria”
La otra fuerte candidata a estrella de quarks está directamente relacionada con un episodio histórico de la astronomía: la supernova de 1181, que fue observada a simple vista sólo por astrónomos chinos y japoneses. El resultado de ese monumental cataclismo estelar fue 3C58, un objeto que está a unos 10 mil años luz de la Tierra, en dirección a la constelación de Casiopea, y que hasta ahora, había sido catalogado como un púlsar (una estrella de neutrones en rápida rotación). Al igual que Drake, su colega David Gelfand, de la Universidad de Columbia, y sus colegas también le sacaron provecho al Chandra, este nuevo chiche de la astronomía (que lleva el nombre del gran astrofísico indio Subrahmanyan Chandrasekhar, fallecido hace unos años). Y también se llevaron una sorpresa: cuando apuntaron el telescopio a 3C58, notaron que sus emisiones de rayos X delatan una temperatura de menos de 1 millón de grados. Parece mucho, pero según Gelfand, es muy poco teniendo en cuenta la relativa juventud del objeto (algo más de 800 años). Todo los modelos teóricos actuales sobre las estrellas de neutrones indican una tasa de enfriamiento mucho más lenta: “la temperatura de 3C58 es apenas la mitad de la que cabría esperar para una estrella de neutrones tan joven”, dice Gelfand. ¿Y el tamaño? Ahí no hay tanta precisión como en el caso de RXJ1856, pero se habla de un diámetro mínimo de 9 kilómetros, y un máximo de 16. Otra vez, poco. Según el científico de la Universidad de Columbia, “las observaciones sugieren que el núcleo de esta estrella está hecho de una nueva y exótica clase de materia”. Una sopa de quarks apretados, ni más ni menos. Para comprender semejante locura de la naturaleza, Gelfand dio un ejemplo sumamente gráfico: “si toda la Tierra fuese comprimida hasta alcanzar la densidad de 3C58, nuestro planeta entraría cómodamente en pequeño auditorio”.

Macro y microcosmos
Más allá de lo meticuloso de cada uno de los trabajos, y de los formidables instrumentos que se han utilizado, ambos equipos de astrónomos advierten que estos resultados sobre la existencia de las estrellas de quarks todavía son tentativos. Pero la idea no suena disparatada, y las evidencias parecen confirmar la sospecha de los años 80. Es más, además de RXJ1856 y 3C58, Drake dice que “hay varios casos más en estudio, pero no son tan obvios como estos dos”.
Los quarks parecen ser los ladrillos más básicos de la materia. Pero ningún experimento terrestre (choques de partículas de altísima energía) ha logrado liberarlos de los neutrones o los protones por más de una exigua fracción de segundo. En verdad, no conocemos la materia hecha de puros quarks sueltos. Es sumamente paradójico, entonces, que los astrónomos, acostumbrados a enfrentarse con lo macro, quizás hayan encontrado las pistas del estado más elemental de lo micro: quarks libres, y no los “atados” que forman protones y neutrones (como estamos acostumbrados en la Tierra, en el Sistema Solar y en el resto del universohasta ahora conocido). Las estrellas de quarks podrían ser uno de los experimentos más osados de la naturaleza. Un maravilloso punto de contacto entre los extremos físicos de la existencia.