¿Qué hay dentro de las estrellas de neutrones? Las mareas gravitacionales podrían revelarlo

¿Qué hay dentro de las estrellas de neutrones? Las mareas gravitacionales podrían revelarlo

SKYCR.ORG | Astrofísica | 7 de marzo de 2026

Las estrellas de neutrones albergan algunos de los entornos más extremos del universo conocido. Con densidades que superan varias veces la de los núcleos atómicos y campos gravitacionales capaces de deformar el espacio-tiempo de manera medible, estos objetos representan un laboratorio natural sin parangón para estudiar la materia en condiciones que ningún experimento terrestre puede reproducir. El problema es que no podemos verlos por dentro. Sin embargo, un nuevo modelo teórico sugiere que las mareas gravitacionales detectadas en ondas gravitacionales podrían convertirse en la llave maestra para descifrar su interior.

Un interior que aún no comprendemos

Cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear y colapsa, su núcleo puede comprimirse hasta formar una estrella de neutrones: un objeto de entre 10 y 20 kilómetros de diámetro con una masa de alrededor de 1.4 masas solares. La densidad resultante es tan extrema que los electrones son forzados a fusionarse con los protones para producir neutrones, y la materia adopta estados que la física nuclear aún no logra describir con certeza.

La pregunta fundamental es: ¿qué ecuación de estado describe esa materia ultradensa? ¿Existe un superfluido de neutrones en el núcleo? ¿Hay quarks libres? ¿Hiperiones? La ecuación de estado determina la relación entre la presión y la densidad dentro de la estrella, y de ella dependen propiedades observables como el radio y la deformabilidad tidal. Hasta ahora, los modelos se han construido con incertidumbres enormes porque las observaciones disponibles restringen la ecuación de estado solo de manera parcial.

GW170817 y el poder de las mareas

En 2017, los detectores LIGO y Virgo captaron por primera vez ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos estrellas de neutrones: el evento GW170817. Ese momento fue histórico no solo porque confirmó el origen de ciertos destellos de rayos gamma cortos, sino porque la señal gravitacional llevaba impresa la huella de las mareas.

Cuando dos estrellas de neutrones se acercan en espiral durante la fase de inspiral, el campo gravitacional de cada una deforma a su compañera. Esa deformación —la deformabilidad tidal— altera sutilmente la forma de la onda gravitacional emitida. Analizar esa alteración permite extraer información sobre el interior de la estrella sin necesidad de observarla directamente.

GW170817 ya estableció límites importantes sobre el radio de las estrellas de neutrones y su deformabilidad tidal estática. Pero el nuevo trabajo va considerablemente más lejos.

Mareas dinámicas: el siguiente nivel de información

Los estudios anteriores que usaban la evolución orbital pre-fusión para restringir propiedades de la materia nuclear densa asumían una incertidumbre en la fase de la onda gravitacional de varios radianes. Análisis más recientes de la señal de GW170817 indican que esas incertidumbres en fase son en realidad al menos veinte veces mejores de lo que se suponía. Este refinamiento abre una ventana completamente nueva.

Con esa precisión mejorada, ya no basta con medir solo el radio y la deformabilidad tidal estática. Observaciones futuras de fuentes similares a GW170817 podrían revelar propiedades del interior de las estrellas de neutrones mucho más específicas, incluyendo la composición de la materia y la posible presencia de un superfluido en el núcleo, mediante la excitación tidal de oscilaciones conocidas como modos-g.

Los modos-g son oscilaciones internas de la estrella sostenidas por gradientes de flotabilidad en el fluido. La frecuencia y el comportamiento de estos modos son exquisitamente sensibles a la composición química del núcleo y al estado de la materia. Si el núcleo contiene un superfluido de neutrones, los modos-g tienen un origen físico diferente y una densidad espectral distinta, en comparación con un núcleo de fluido normal. Esta diferencia deja una señal medible en la forma de onda gravitacional durante el inspiral.

Lo que GW170817 ya nos dice, y lo que vendrá

A pesar de las limitaciones de precisión actuales, el evento de 2017 ya impone restricciones útiles. Los datos de GW170817 limitan la energía orbital transferida a la estrella de neutrones a menos de 2×10⁴⁷ ergios, y el acoplamiento tidal del modo-g a valores muy bajos a 50 Hz. Estos límites superiores acotan el espacio de modelos posibles y descartan escenarios de acoplamiento muy intenso entre la marea y las oscilaciones internas.

Lo verdaderamente transformador llegará con los detectores de próxima generación. El Einstein Telescope europeo y el Cosmic Explorer estadounidense, actualmente en fase de diseño y aprobación, tendrán sensibilidades entre 10 y 100 veces superiores a las actuales. Con esa mejora, apilando múltiples eventos detectados, será posible identificar las perturbaciones de fase generadas por los modos de oscilación excitados tidalmente durante el inspiral, permitiendo discriminar directamente entre modelos de núcleo superfluido y normal.

Por qué importa la diferencia: normal vs. superfluido

La distinción entre un núcleo de fluido normal y uno superfluido no es un detalle menor. Se estima que se transfiere aproximadamente diez veces más energía orbital a las oscilaciones en modo-g si la estrella de neutrones tiene un núcleo superfluido. Esto ocurre porque en un núcleo superfluido la fuente de flotabilidad que sostiene los modos-g es diferente: en lugar de depender de gradientes en la fracción protón-neutrón, depende de gradientes en la fracción muón-electrón, lo que genera una estratificación más intensa y un espectro de modos-g más denso a frecuencias más altas.

El resultado práctico es que durante el inspiral, más modos-g entran en resonancia tidal dentro del ancho de banda de los detectores, dejando una huella acumulada en la fase de la onda gravitacional que en principio es distinguible si la precisión del detector es suficiente.

Un nuevo capítulo en la sismología estelar

Lo que este trabajo propone es, en esencia, una sismología de estrellas de neutrones basada en ondas gravitacionales: del mismo modo que los terremotos nos revelan la estructura interna de la Tierra, las mareas gravitacionales en binarias de estrellas de neutrones pueden revelar la estructura interna de los objetos más densos del cosmos.

Esta aproximación complementa y supera lo que es posible con observaciones de rayos X de la misión NICER de la NASA, que ya ha medido radios de estrellas de neutrones con precisión notable. Mientras que NICER mide la geometría de la superficie, las mareas gravitacionales sondean el interior profundo, ofreciendo una imagen más completa de la física a densidades supranuclares donde ninguna teoría ha sido verificada de forma directa.

Las generaciones venideras de detectores gravitacionales no serán solo oídos más sensibles al universo. Serán microscopios capaces de leer la composición de la materia más extrema que existe, escrita en el lenguaje de las ondas que emiten las estrellas al fusionarse.

Fuente: Ho et al., Physical Review D 108, 043003. DOI: 10.1103/PhysRevD.108.043003

© SKYCR.ORG — Homer Dávila Gutiérrez