Cuando dos estrellas de neutrones chocan, no podemos estar allí con un termómetro para medir las intensas temperaturas que se generan en el corazón de la colisión.

Hay otras formas de observar que pueden ayudarnos a calcular la temperatura de la superficie, pero ¿por dentro? Eso es un poco más complicado.

Agregue a eso el hecho de que solo hemos visto una colisión de una estrella de neutrones (que sepamos), no es que haya muchas oportunidades para perfeccionar las técnicas para tomar la temperatura de un evento como estos.

Entonces, los científicos de la Technical University of Munich (TUM) y el GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research ​​en Alemania (la Colaboración HADES) se volvieron creativos. Descubrieron cómo simular una colisión de estrellas de neutrones aquí mismo en la Tierra. Y la respuesta fue otro tipo de colisión: partículas.

Iones pesados, para ser precisos. Como resultado, algunas de las condiciones en colisiones de iones pesados, es decir, las densidades y temperaturas, son similares a las de las colisiones de estrellas de neutrones. Y, así como los fotones virtuales se producen en una colisión de estrellas de neutrones, también pueden aparecer cuando dos iones pesados ​​se rompen juntos a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.

Detector HADES con cámara para el efecto Cherenkov. Crédito: Thomas Ernsting / GSI

Usando el acelerador de iones pesados

Esto se puede hacer usando el acelerador de iones pesados ​​del GSI, pero hay dos problemas principales. La primera es que los fotones virtuales aparecen muy raramente. El segundo es que son muy débiles.

El primer problema es fácil de resolver, aunque consume algo de tiempo. Solo causa más colisiones.

Jürgen Friese, físico de TUM, dijo en un comunicado:

Tuvimos que registrar y analizar aproximadamente 3 mil millones de colisiones para finalmente reconstruir 20.000 fotones virtuales medibles”.

El segundo problema es un poco más complicado. El equipo tuvo que diseñar una gran cámara personalizada, de 1.5 metros cuadrados, para detectar los muy débiles patrones de radiación de Cherenkov generados por los productos de desintegración de los fotones virtuales.

Estos son demasiado débiles para ser vistos a simple vista.

Friese agregó:

Por lo tanto, desarrollamos una técnica de reconocimiento de patrones en la que una foto de 30.000 píxeles se rastrilla en unos pocos microsegundos usando máscaras electrónicas. Ese método se complementa con redes neuronales e inteligencia artificial”.

Estos datos permitieron al equipo probar las propiedades de la materia extremadamente densa producida brevemente por las fuertes colisiones de iones, y descubrieron que se asemeja a las propiedades esperadas en la materia que se forma durante una fusión de estrellas de neutrones.

Temperatura mayor a la del Sol

A su vez, pudieron determinar que dos estrellas de neutrones en colisión, cada una con una masa de 1.35 veces la del Sol, producirían una temperatura de 800 mil millones de grados centígrados. Esto significa que tales colisiones fusionan núcleos pesados.

Pero eso no es todo. Esta investigación proporciona información sobre la densa materia de quark materia QCD) que llenó el Universo momentos después del Big Bang.

Los investigadores escribieron en su artículo:

Un plasma de quarks y gluones se transformó en nucleones y otros estados unidos a hadrones en el universo temprano. Se cree que estados similares de materia, a temperaturas más bajas, todavía existen en el interior de objetos estelares compactos, como las estrellas de neutrones. La formación de dicha materia cósmica en colisiones de iones pesados ​​proporciona acceso a estudios de la estructura microscópica de la materia QCD en la femtoscala”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Nature Physics.

Fuente: Science Alert