La estructura en común de estrellas de neutrones y aparcamientos

Six images that combine Chandra data with those from other telescopes.

La radiación de PSR B1509-58, una estrella de neutrones que rota muy rápidamente, hace que el gas cercano emita en rayos X (amarillos; imagen de CHANDRA), y el más lejano en infrarrojo (azules y rojos, imagen de WISE).

Las estrellas más pequeñas conocidas son las estrellas de neutrones, que pueden tener un radio del orden de 10 km. Pero también son las más densas, porque en ese espacio tan pequeño se alberga la masa de dos soles, lo que hace que su densidad sea comparable a la de un núcleo atómico. Son el resultado del colapso del núcleo de una estrella supergigante, con una masa de entre 10 y 29 veces la del Sol, tras una explosión de supernova. Su nombre viene de que se cree que están compuestas casi en su totalidad de neutrones.

Los astrofísicos solo pueden deducir lo que hay en el interior de una supernova colapsada a partir de datos muy indirectos y el uso de modelos matemáticos que lo simulan. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Indiana en Bloomington (Estados Unidos) ha identificado características similares a las que corresponden a las membranas biológicas en la estructura de las estrellas de neutrones. El descubrimiento apunta a que, si bien la densidad de las estrellas de neutrones es 100 billones de veces superior a la de una membrana, ambas estructuras estarían determinadas por los mismos condicionantes geométricos.

La capa más externa de las estrellas de neutrones tiene una estructura que recuerda a la de la lasaña. Es una mezcla densa de protones, neutrones y electrones, en la que las fuerzas repulsivas de largo alcance (interacción electromagnética) compiten con las fuerzas atractivas de corto alcance (interacción nuclear fuerte). Las simulaciones muestran que el equilibrio entre estas fuerzas hace que la materia se organice en regiones densas separadas por vacíos. Esta estructura de lasaña (los vacíos serían la boloñesa) puede tener mucha influencia en la pérdida de calor y en el campo magnético de la estrella.

Por casualidad, uno de los autores de este trabajo, Greg Huber, biofísico del Instituto de Tecnología de California, se topó con un artículo previo donde se recogían las simulaciones que el resto de autores habían hecho para determinar la estructura de lasaña de energía más baja. Una de las simulaciones llamó poderosamente la atención de Huber porque se parecía enormemente a cómo la membrana se pliega en el retículo endoplasmático, un orgánulo de las células que interviene en el plegado y transporte de proteínas.

Los autores decidieron unir conocimientos para intentar desarrollar un modelo con el que estudiar como esta fase (la lasaña) se auto-forma a partir de unos protones, neutrones y electrones que están uniformemente distribuidos.

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Sus simulaciones muestran que las partículas se organizan en filamentos de alta densidad que se expanden posteriormente para formar capas que se conectan por parejas de uniones que parecen rampas. Con lo cual la estructura en forma de lasaña pasaba a estar mejor descrita como la estructura que forman los pisos de un aparcamiento.

Como las estructuras tanto de la estrella de neutrones como de las membranas biológicas son básicamente las mismas, los autores sospechan que las energías de ambos sistemas dependen básicamente de su geometría, de una manera sencilla.

Referencia:

D. K. Berry, M. E. Caplan, C. J. Horowitz, Greg Huber, and A. S. Schneider (2016) “Parking-garage” structures in nuclear astrophysics and cellular biophysics Phys. Rev. C doi: 10.1103/PhysRevC.94.055801

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

1 Comentario

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Txema M.Txema M.

Si aciertan en sus conjeturas, es bien interesante que en campos tan poco comunes operen fenómenos similares.

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