QUARKS ( I )
# Después de una Supernova …
> A) Nacen las estrellas de Neutrones.
Se define como estrellas masivas a aquellas que poseen al menos ocho veces la masa de nuestro Sol en la actualidad.
Hay que tener en cuenta, que ocho veces la masa del Sol, no es lo mismo que ocho veces su tamaño, es perfectamente posible que una estrella masiva sea ciento cincuenta veces más grande que nuestro Sol, o al revés, una gigante roja es muy voluminosa pero no siempre tan masiva.
Cuando una de estas estrellas llega al final de su vida como supergigante, o bien como hipergigante, su núcleo no puede soportar la presión de su propia fuerza gravitacional.
A medida que el núcleo se colapsa, se generan múltiples partículas sub-atómicas que empiezan a reaccionar con el resto de materia estelar.
La consecuencia más directa, es que se libera una explosión increíblemente violenta que expulsa hacia el espacio sus capas interiores.
Este proceso se conoce como “explosión de Supernova” y las hay de diversos tipos.
Lo que ocurre en el interior de esta estrella, es que el núcleo empieza a fundirse en forma de hierro-56.
Lamentablemente éste, no se puede fusionarse en elementos más pesados de la tabla periódica, ya que a bajas presiones el hierro-56 tiene la mayor energía de enlace que cualquier otro elemento natural, por lo que la fusión o fisión de hierro-56, empezará a producir un sobre-exceso de magnetismo y energía que generarán más partículas extrañas que tienden a desconfigurar toda la estrella.
El núcleo de hierro continuará densificándose hasta alcanzarlas 1,4 masas solares, justo donde termina el límite de Chandrasekhar.
Llegado el momento explotará toda la estrella quedando únicamente el núcleo, una masa reluciente de neutrones y neutrinos apelotonados con una gravedad inimaginable.
En la publicación de los Púlsares o los Magnetares, dos variantes de estrellas de neutrones, hay datos expuestos de su magnetismo real.
Para poner en perspectiva la densidad, el equivalente gravitatorio de una estrella de neutrones haría que pesaras 190.000.000.000 veces lo que pesas justo ahora.
> B) En el centro únicamente de las estrellas de neutrones de mayor ultra densidad, es donde se piensa que sucede el proceso de creación del quark.
Como se ejerce una inmensa presión sobre los neutrones y el resto de átomos más grandes supervivientes, se pueden llegar a descomponer los elementos que forman estos átomos y hacer aumentar la cantidad de partículas sub-atómicas existentes.
*Más adelante, haremos un resumen más exhaustivo de estos cuerpos tan extremadamente pequeños y volátiles, entre ellos el Quark, principal objeto del estudio que estamos realizando.
Tenemos 6 tipos teóricos de quarks, aunque solo 3 están reconocidos y utilizados, tales como: u (up, arriba), d (down, abajo), s(strange, extraños).
Estos tendrían la capacidad de unirse dentro de las estrellas de neutrones para formar “materia extraña”, que consistirá en su totalidad de materia de quarks o en su defecto, un condensado de plasma formado únicamente por quarks-gluones.
*Composiciones sub-atómicas
Una de las dificultades que tenemos para detectar estrellas con quarks, es que son bastante raras.
Se basan en una estrella de neutrones ultra densa formada a partir de estrellas súper e hipergigantes. Estos neutrones ultra-densos, junto con las últimas capas de material de las antiguas capas estelares más cercanas, no terminarían de decaer en su estrella madre por un efecto contrarrestado de repulsión generada por el condensado de quarks, con lo que se generaría una especie de “disco” electromagnético en torno a ella,como si fuese el disco de acreción de un agujero negro pero en una estrella de neutrones.
De hecho, una estrella de quarks se define como “electrodébil” debido a que sólo emite neutrinos. Estos prácticamente no poseen masa y son extremadamente difíciles de detectar en la Tierra, pero son materia, igual que los Quarks, que son un derivado de los Fermiones.
Cuando los quarks (materia), en especifico el quark “U” o el“D” se mezcla e interactúa con los gluones (Parte de un bosón, por lo tanto, una fuerza y no materia), adquieren una forma unificada súper densa que tiende a sobrevivir más tiempo y a derrochar más energía. (Siempre el tiempo de vida de estas partículas es bajísimo, pero se forman en abundancia, son la base delo que conocemos).
La forma de plasma que mezcla gluones y quarks, se llama“condensado de quark-gluones”.
Sin embargo, en el año 2010, el profesor Glenn Starkman, reveló la posibilidad de que un pequeño porcentaje de la energía emitida por las estrellas de quarks sea energía emitida en forma de luz, y es en esta energía donde espera eventualmente encontrar una forma de detectar a estas estrellas.
Esta luz es conocida como “radiación de frenado” o “radiación de desaceleración”.
QUARKS ( II )
# Zoológico departículas
>C) El poder delas dimensiones no parece tener límite.
Si comparamos el tamaño de galaxias, estrellas y planetas, junto a cualquier tipo de ser vivo,estaremos hablando de universos gigantes e inimaginables para los átomos.
Si por ejemplo utilizásemos a un ser humano normal y corriente como experimento de dimensiones, el ejercicio consistiría contar desde cuantas perspectivas podemos catalogar lo que hay.
Procedamos a desarrollar este ejemplo:
Un ser humano en este caso, está compuesto por sistemas orgánicos (locomotor, respiratorio, circulatorio, etc), estos a su vez están compuestos por órganos, que son fibras formando un tejido o músculo.
Estos se componen de células, que tienen orgánulos hechos de aminoácidos, que son cadenas de moléculas. Las moléculas, con conjuntos más o menos largos y compuestos de átomos unidos por una relación electrogravitatória.
Llegado a este punto, ¿Que viene después de un átomo?
Sabemos que la materia palpable tal y como la conocemos, aun que esté en estado gaseosa, está formada por una serie de partículas tan pequeñas que no solo no podemos ver, sino que hacen falta millones de ellas juntas para constituir algo que podamos llegar a coger con la mano.
Estas partículas tan pequeñas, se desplazan tridimensionalmente por un mundo completamente diferente al nuestro, ya que las tracciones gravitatorias y las cargas energéticas eléctricas, son las que las impulsan a moverse y formarse.
Cuando un condensado de sub-partículas adquiere la estabilidad electrostática necesaria como para estabilizarse y adoptar una forma concreta, se forma un neutrón.
Una de las peculiaridades más importantes es que esta conductividad entre las partículas siempre viene determinada por una carga y una polaridad.
Cuando la partícula que se está formando no es estable, se deshace de parte de su masa en forma de muchos electrones negativos y por contra, unos cuantos nucleídos más grandes de carga positiva se acaban estabilizando, los protones.
La mezcla de protones, neutrones y electrones, forman los átomos que conocemos.
>D) ¿Cuáles son esas sub-partículas tan pequeñas que se juntan y se repelen a velocidades altísimas para formar protones y neutrones?
-Los Quarks.
Pero antes de llegar a los Quarks, hay que hacer una pequeña diferenciación entre los Bosones (que forman las 4-5 fuerzas de la naturaleza) y los Fermiones.
Los Fermiones están compuestos por leptones y finalmente por 6 tipos de Quarks catalogados por su tamaño, sabor y energía.
Lo que conocemos como “sabor” en física, son las diferentes mutaciones que puede sufrir un Fermión por causa de la interacción débil.
Esta interacción débil, se produce por el roce entre los gluones que forman este tipo de fuerza, el W+ W- y Zº. Como cada bosón tiene una peculiaridad única, cada mezcla entre bosón y fermión originará uno de los
6 posibles quarks.
(Recordamos que las 4 fuerzas reconocidas de la naturaleza son la electromagnética, la fuerte, la débil y la gravitatoria, todas ellas las producen diferentes tipos de Bosón)
Los quarks que forman la materia que conocemos, suelen ser los 3 más grandes, el Quark-U (up), el D (down) y el S (strange). Aunque hay una pequeña curiosidad, solo el Quark-D y el S pueden formar materia individualmente sin llegar a unificarse como un neutrón.
El Quark-D podemos encontrarlo como condensado de Quarks-gluones, mientras que el Quark-S como “materia extraña”.
>E) Si queremos estudiar qué hay más pequeño que estos 3 quarks, debemos reducir la escala entre 10^-18 y 10^-21, donde se encuentran 2 Quarks más, el C (Charm) y el B (Bottom).
A una escala similar o un poco menor, están los neutrinos sobre-energizados, que serán los que se transformen en quarks pequeños o generarán la energía cinética suficiente como para que lo hagan los gluones.
Aproximadamente a las 10^-22 de escala en medición, se encuentra el último quark, el T (Top), que se entremezcla con los neutrinos normales (unas 100 más pequeños) para energizarse mutuamente y formar compuestos de partículas más elaborados.
¿Qué hay más pequeño que un neutrino?
La respuesta no se sabe, solo se barajan 3 teorías aceptables como, la “espuma quántica”, material eléctrico y sin forma, como si fuese un éter, que pulula a la más mínima dimensión.
Otra es que, reducida al mínimo la “longitud de Plank” (la más mínima porción de espacio concebible), el espacio deje de tener cierta geometría y se acaba terminando sin más.
La más novedosa de todas, es la teoría de cuerdas, en la que en un espacio infinitesimal la sub-materia adquiriría forma de pequeñas cuerdas entremezcladas por una serie de fuerzas hipotéticas en las que se incluiría posteriormente un nuevo Bosón, el famoso Bosón de Higgs.
A un a falta de confirmación oficial, la teoría establecida propone que la formación masiva de un condensado Quarks-gluones pueden formarse en el núcleo de una estrella de neutrones perfectamente, pero proponer una estrella hecha únicamente de Quarks, es algo que los científicos llevan años queriendo autentificar y aún no lo han logrado, aun que sí han identificado una serie de posibles candidatas cuya densidad por centímetro cúbico es desproporcionadamente grande.
Como lo son: SN 1987A, SN2005gj, SN2005ap, SN2006gy, o las más importantes como lo son XTE J1739-285, RX J1856.5-3754 y el púlsar 3C 58.
Se deduce que por las condiciones radiofónicas y electromagnéticas de alguna de estas estrellas, algún tipo de materia poco ordinaria se está produciendo en su interior.
*Posible aspecto de un Quark
QUARKS ( III )
# Estrellas de Quarks
>F) El proceso de creación de quarks se acostumbra a dar únicamente en zonas de altísimas presiones y temperaturas, si estos dos factores no se conjugan, los quarks como tales se disipan a los segundos de nacer, por lo que encontrar una estrella compuesta única o mayoritariamente por quarks ha sido una labor hasta ahora imposible, aunque hay candidatas que presumen tener un tanto porciento más elevado.
Por lo general decimos que la composición de una estrella está diferenciada por los componentes químicos que tiene, hidrógeno, helio, carbono,y así sucesivamente hasta el hierro-56.
Todos estos átomos están compuestos por un compuesto de quarks y gluones específicos que al juntarse, forman neutrones y/o protones.
En el caso de las conocidas estrellas de neutrones, tan solo algunas son lo suficientemente densas y masivas como para que en su núcleo, la cáscara o membrana que definen el perímetro de los neutrones se pueden llegar a romper.
Durante este proceso se liberan diferentes partículas más pequeñas que o bien se disipan, o bien le dan una serie de características a la estrella que son únicas. Estas peculiaridades se captan gracias a impulsos radiofónicos o incluso variaciones esporádicas de luminosidad.
Las estrellas que tienen un alto porcentaje de masa en forma de plasma (quark-gluones), no mantienen su figura por la fuerza de la gravedad, sino por las propiedades energéticas de la interacción fuerte. Las estrellas ultra-densas que se mantienen por la interacción nuclear fuerte, se llaman “autoligadas” y tienen un campo magnético tremendamente fuerte.
Por lo general las estrellas de quarka autoligadas son mucho más densas que el resto, solo los magnetares, agujeros negros, y algún que otro prototipo de estrella que sufre reacciones nucleares internas muy peculiares, pueden llegar a ser más densas que una estrella de quarks.
>G) Hay aproximadamente una docena de estrellas descubiertas que tienen una alta composición de Quarks, algunas de ellas, se caracterizan por expulsar pequeñas cantidades de “Strangelets”, que son pequeños fragmentos de “materia extraña”.
La materia extraña estaría compuesta por un conglomerado doblete o triplete de Quarks-S, dichos conglomerados adquirían las propiedades de un estado “metaestable”. Este estado permite a las sub-particulas prolongarse más tiempo.
Uno de los mecanismos para generar Quarks-S, es romper y fusionar los Quarks-U y –D. Estos últimos estarían sujetos a propiedades de interacción nuclear débil que al mezclarse con las propiedades de interacción nuclear fuerte del resto de la estrella, provocaría contracciones que enviarían material de la estrella en torno a un disco hipotético formado en torno a ella, como si fuese un disco de acreción.
Estrellas de neutrones como RX J1856.5-3754,situada en la constelación de la corona austral, es una de las que se suponen estar formadas de quarks, ya que es una estrella aislada sin ningún signo de supernova remanente, por lo que se deduce que tiene más de 100.000 años.
Por lo general el gran campo magnético que sostiene a estas estrellas suele ser tan denso que se desmorona con lo años, dado que los rayos-X procedentes de esta estrella nos muestran temperaturas superiores a los 700.000Cº, todavía es un misterio el motivo por el que no se enfría y su temperatura superficial sigue siendo tan alta.
Observaciones posteriores muestran que parte del material de esta estrella circula uniformemente sobre ella, por lo que el medio interestelar se calienta en sus proximidades y prolonga su esperanza de vida.
Otro ejemplo muy destacado de estrella de quarks, sería el púlsar 3C58 , situado en la nebulosa Sincroton, circundante a la Vía Láctea a unos
10.000 años luz de aquí en dirección Cassiopeia.
Estudios realizados con el Observatorio de rayos-X Chandra muestran que el púlsar central (PSR J0205+6449) es una estrella de neutrones en rápida rotación, rodeada por un brillante disco proto-nebuloso emisor de rayos-X.
Un chorro de rayos-X surge en ambas direcciones desde el centro del púlsar, extendiéndose a lo largo de varios años luz, pulsando muy rápido cada 66 milisegundos en longitudes de onda de radio.
Observaciones actuales evidencian que la superficie del pulsar se ha enfriado, llegando a ser algo inferior a 1.000.000 K. La superficie relativamente “fría”, fue una sorpresa para los astrofísicos, ya que la teoría estándar predice una superficie mucho más cálida para una edad de sólo 830 años.
El enfriamiento de una estrella de neutrones se debe a las colisiones entre neutrones y otras partículas subatómicas en su denso interior, estas colisiones producen neutrinos que disipan la energía a medida que escapan de la estrella.
La excesiva velocidad de enfriamiento de 3C58 indica que la interacción entre neutrones y protones no es bien entendida en las condiciones extremas de los púlsares, o que se encuentra presente alguna forma exótica de materia subatómica.
En este sentido, se ha propuesto que 3C 58 puede no ser una estrella de neutrones, sino una estrella de quarks, estrella exótica en la que, debido a la alta densidad, la materia existe en forma de quarks desconfinados.
Un último ejemplo de posible estrella de quarks sería XTE J1739-285, en la constelación de Ophiuchusa 39.000 años luz de aquí. En una primera observación en 1999, detectaron que era la estrella de neutrones que más rápido giraba sobre si misma, a unas 67320 revoluciones por minuto.
Observaciones posteriores han demostrado que la velocidad de esta estrella oscila bruscamente sin saber porque, mientras tiende a la baja.
Es sabido que la producción de partículas “Strangelets” genera fluctuaciones notables en el comportamiento de la estrella, en el caso de ésta última, todavía no se ha logrado deducir un patrón de conducta ya que la observamos en un proceso interno de inestabilidad que no sabemos cómo terminará.
El resto de posibles estrellas de quarks tienenemisiones en rayos-x y gamma muy individualizadas, lo que da a pensar que segenera “materia extraña” en su interior.
QUARKS ( IV )
# Estrella de Bosones
>H) Dentro de todas las categorías posibles en las que se puede clasificar una estrella, las que se suponen estar compuestas por un único elemento, en su mayoría todavía no están confirmadas.
Muchas estrellas desconocidas para nosotros sufren una serie de procesos internos que las hacen emitir radiofrecuencias muy específicas y diferenciadas, se acostumbran a utilizar medidores de magnitud, de radio, de UV, de rayos Gamma o espectrógrafos que muestran su composición química para su posterior estudio.
Hay una serie de estrellas que son las más peculiares de todas y cuyo origen sigue siendo un misterio, solo podemos observar cómo interactúan con su entorno para deducir sus efectos y funciones.
Un pequeño listado de estas estrellas extrañas serían las siguientes:
Estrellas de preones / estrellas de quarks / estrellas de bosones / estrellas de tipo S / Estrella de Wolf-Rayet / Estrellas exóticas / Estrellapeculiar / Estrella de Lambda Bootis o las Estrellas Extremas de Helio, son claros ejemplos de los tipos más singulares y densas de estrellas, algunas veces asociadas con agujeros negros.
En esta ocasión describiremos las estrellas de bosones:
La clave para entender la idea tras las estrellas de bosones, es conocer el principio de exclusión de Pauli y el concepto asociado de presión de degeneración.
El principio de exclusión de Pauli significa que dos fermiones no pueden estar en el mismo estado. El mismo estado significa mismos números cuánticos y misma posición. Es por ello por lo que dos electrones en el mismo estado orbital atómico, de los cuales existe cierta probabilidad de que estén en el mismo punto espacial, no pueden tener el mismo “espín”, que es una propiedad especial de cada partícula sub-atómica que las hace a cada una diferentes.
Cuando la ultra-densidad de algunas estrellas hace confinar a muchas de estas partículas en un punto, como en el núcleo de una estrella de neutrones o derivada, cabe la posibilidad de que se produzcan reacciones internas muy peculiares que explicarían los fenómenos que luego vemos por gráficas y que no sabemos explicar su causa.
Tan solo en las estrellas de máxima densidad, pueden sobrevivir conglomerados compuestos únicamente por Quarks (fermiones) o Bosones.
>I) Hay 3 familias de sub-partículas definidas. Los que constituyen la materia ordinaria tal y como la conocemos, está siempre compuesta por electrones, quarks-U, quarks-D y neutrinos, que son fermiones.
Los fermiones canalizan su energía e interactúan entre ellos a través de otras partículas más pequeñas y volubles todavía, estos son los Bosones (las 4 fuerzas de la naturaleza) y los hay de 5 tipos reconocidos, son los siguientes: (sin incluir el Bosón de Higgs y el gravitón)
-Fotón γ: Tiene carga eléctrica 0 y masa 0. Representa la luz visible y es portador del electromagnetismo, actúa sobre partículas cargadas eléctricamente y su alcance es ilimitado.
-Bosón Z: Tiene carga eléctrica 0 y masa de 91 GeV.
Es uno de los mediadores de la interacción débil, no altera la identidad de las partículas pero posee cualidades radioactivas, su alcance es de 10^-18 metros.
- Bosón W+ / W- : Tienen carga eléctrica +1 ó -1 y masa de 80,4 GeV. Son mediadores de la interacción débil, modifican el sabor de las partículas y su alcance es de 10^-18 metros.
-Gluones γ: Existen un total de hasta 8 especies de gluones γ. Tienen carga eléctrica 0 y masa de 91 GeV. Son los portadores de la interacción fuerte, actúan sobre los quarks y otros gluones dando origen a protones, neutrones y formando con ellos los núcleos atómicos.
Su alcance es sumamente pequeño, de 10^-18 metros. Las diferentes mezclas entre los distintos tipos de gluones, pueden llegar a formar algún tipo de compuesto material volátil.
En las hipotéticas estrellas compuestas de bosones, la densidad de partículas por espacio sería tan grande que algunas de ellas podrían sufrir “mutaciones” y formar nuevos compuestos materiales teóricos, como es el caso dela partícula teórica llamada Preón.
Una estrella de preones y una estrella de bosones, tendrían casi las mismas características.
~ Tiene enorme densidad de partículas, por lo que produce una gravedad capaz de generar pequeñas galaxias
~ Esta súper-gravedad lo atraería todo, pero NO hacia un horizonte de sucesos. “todo lo que entra no sale”
~ Las estrellas de Quarks producen un fenómeno de repulsión de materia justo antes del límite que separa la zona de absorción (parecido a una ventosa), por lo que se producen un disco de acreción.
En las estrellas de bosones también ocurriría.
~ La desintegración de partículas a consecuencia de las enormes presiones, harían que se desintegrasen los fotones que produce, por lo que no emiten luz natural.
(Recordamos que desde que nace un fotón en el Sol hasta que sale, pueden pasar cientos de miles o millones de años, en este tipo de estrellas tan densas, “morirían” antes de salir a la superficie)
~ Líneas muy irregulares en la emisión de radio y rayos Gamma.
~ Estrellas masivas atraídas por su efecto. (Innumerables estrellas binarias están compuestas por algún tipo de agente desconocido)
~ Son detectables gracias a la ayuda de lentes gravitacionales*, algunas veces, son ellas mismas las propias causantes de la distorsión espacio-temporal.
Se predice que las estrellas de bosones o preones poseerían densidades del orden de 10^20 g/cm3, una densidad intermedia entre las estrellas de quarks y los agujeros negros. Las densidades son tan gigantescas que una estrella de preones que tuviera la masa de la Tierra, tendría el tamaño de una pelota de tenis.
Esta clase de objetos podrían ser detectados, en principio, mediante lentes gravitacionales o con emisiones esporádicas de rayos gamma. La existencia de las estrellas de preones podría explicar algunas incongruencias observacionales que actualmente se solucionan mediante la hipótesis de la materia oscura.
