¿Se ha resuelto el misterio de los púlsares? Físicos han mirado dentro de las estrellas de neutrones

En un pequeño laboratorio, escondido entre los Alpes austríacos, un grupo de científicos dirigido por la física Francesca Ferlaino ha logrado presenciar un verdadero milagro: remolinos cuánticos en una sustancia superfluida y superdura conocida como estado superduro de la materia.

Durante tres años, especialistas de la Universidad de Innsbruck trabajaron para obtener estas sorprendentes imágenes. Cada viernes por la noche, el equipo se reunía en el pub más cercano para discutir el plan de trabajo del experimento. Muchos decían que era imposible, pero Ferlaino estaba convencida del éxito de su idea. Y tenía razón: los resultados se publicaron hoy en la revista científica Nature .

El estado superduro de la materia representa una fase paradójica, que es simultáneamente el sólido más duro y el líquido más fluido. Los científicos habían predicho teóricamente la existencia de este fenómeno, pero encontrar una confirmación experimental era extremadamente difícil.

Tras varios intentos fallidos en 2004 y 2017, en 2019, un equipo de Stuttgart, Florencia e Innsbruck logró obtener los primeros indicios de un estado superduro en sistemas unidimensionales. Los gases de disprosio y erbio, cuyos átomos tienen su propio momento magnético, mostraron propiedades cuánticas de superfluidez al bajar la temperatura y la densidad.

Para observar cómo se comporta la materia superdura en rotación, los investigadores usaron un campo magnético, como si fuera una “cuchara”, para agitar los campos magnéticos internos de los átomos a una frecuencia de alrededor de 50 veces por segundo. Esto fue suficiente para provocar la formación de remolinos sin destruir el delicado estado cuántico. Pero registrar el proceso resultó aún más complicado. Les llevó tres años completos.

Luego, los científicos intentaron aplicar una idea propuesta en 2022 por el físico Alessio Recati: primero formar remolinos en el estado superduro y luego fundir el material de nuevo a superfluido para mejorar el contraste de la imagen. Este método permitió distinguir claramente la estructura de los remolinos, que se forman entre densas acumulaciones de átomos que crean una estructura cristalina.

El interés en este descubrimiento también se ve impulsado por la posibilidad de que el estado superduro sea clave para resolver el misterio de los púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente. Los astrónomos sospechan que, bajo la corteza sólida de las estrellas de neutrones, existen estructuras inusuales similares a “pasta nuclear” —conjuntos de neutrones superdensos en formas inusuales.

La primavera pasada, el estudiante de doctorado Ezequiel Subieta, de la Universidad Nacional de La Plata, observó cómo uno de esos púlsares, Vela, aceleraba repentinamente su rotación en 2,4 milmillonésimas de segundo. Este fenómeno, conocido como “glitch de púlsar”, ha asombrado a los astrónomos durante mucho tiempo, pero su naturaleza sigue siendo un enigma.

Ferlaino se interesó en esto cuando escuchó a sus colegas astrónomos discutir las posibles propiedades de la “pasta nuclear”. Entonces, su equipo modeló lo que sucedería si existiera un estado superduro dentro de una estrella de neutrones en rotación. Descubrieron que las colisiones de remolinos cuánticos realmente aceleran la rotación por un breve período. ¿Podría esta ser la causa de los glitches? Ahora, los investigadores planean estudiar en detalle cómo se forman, migran y desaparecen.

Los astrónomos, por su parte, esperan que esto les permita utilizar la observación de los glitches de los púlsares como una nueva herramienta “diagnóstica”. Los púlsares son algunos de los “relojes” naturales más estables del universo, y comprender los mecanismos que causan su aceleración repentina arrojará luz sobre la estructura interna de las estrellas de neutrones.

Actualmente, el grupo está buscando otros sistemas en los que pueda existir el estado superduro y ve en estos descubrimientos un reflejo de la interconexión fundamental de la naturaleza. “La física es universal, y estamos conociendo las leyes de este juego,” dice Ferlaino. “Tanto en el interior de las estrellas de neutrones como en nuestros laboratorios terrestres, bajo condiciones extremas, la materia adquiere formas asombrosas.”