En principio, crear un agujero negro de masa estelar es fácil. Simplemente espere a que una gran estrella llegue al final de su vida y observe cómo su núcleo colapsa por su propio peso. Si el núcleo tiene más masa que 2 o 3 soles, entonces se convertirá en un agujero negro. Más pequeña que unas 2,2 masas solares y se convertirá en una estrella de neutrones. Más pequeña que 1,4 masas solares y se convierte en una enana blanca.
Los agujeros negros también podrían formarse a través de la colisión de dos estrellas de neutrones. Si se fusionan en un objeto con más del límite crítico, entonces deberían crear un agujero negro. Pero, ¿cuál es exactamente ese límite? Un nuevo estudio en Cartas de revisión física busca responder a esa pregunta. El equipo realizó varias simulaciones por computadora de fusiones de estrellas de neutrones y descubrió que el límite crítico no es solo una cuestión de la masa total de las dos estrellas. En cambio, el resultado depende de la estructura interior de las estrellas de neutrones, que es algo que todavía no comprendemos del todo.
El interior de una estrella de neutrones depende de la ecuación de estado de la materia nuclear, que describe cosas como qué tan rígido es el material y qué tan bien conduce el calor. Hay varias ecuaciones de estado propuestas, cada una con propiedades ligeramente diferentes, por lo que el equipo simuló fusiones con una variedad de ecuaciones de estado.
Descubrieron que si el interior de una estrella de neutrones es relativamente elástico o «blando», incluso una fusión de pequeñas estrellas de neutrones creará un agujero negro. Pero si el interior es más rígido, entonces no colapsarán en un agujero negro. En cambio, crearán una gran estrella de neutrones que gira rápidamente y que puede resistir el colapso gravitatorio. Un factor crítico que determina el resultado es si los nucleones se rompen en quarks durante la colisión.
Esta investigación podría resultar crucial para nuestra comprensión de las estrellas de neutrones y los agujeros negros. En 2017, los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo detectaron la fusión de dos estrellas de neutrones, aunque no pudieron determinar si el resultado era un agujero negro o una gran estrella de neutrones. Con el tiempo, se deberían ver más de estas fusiones y deberíamos poder determinar el límite crítico para crear un agujero negro. Combinado con este nuevo trabajo, deberíamos poder precisar qué ecuación de estado proporciona la mejor descripción de los interiores de las estrellas de neutrones.
Referencia: Andreas Bauswein, et al. “Ecuación de las restricciones de estado de la masa binaria umbral para el colapso rápido de las fusiones de estrellas de neutrones.” Cartas de revisión física 125.14 (2020): 141103.
