Es cierto que una estrella de neutrones es bastante densa, y sería difícil encontrar algo más denso en el Universo. La sugerencia obvia es mirar a los agujeros negros, donde el material se condensa presumiblemente hacia una singularidad, una región del espacio que contiene una cantidad finita de masa pero ocupa un volumen insignificante: dicha región tendría una densidad de masa infinita, y no se puede obtener ninguna más grande que eso!
La pregunta más interesante, al menos para mí, es si realmente podría alcanzar densidades infinitas. Se siente como una trampa; de hecho, el concepto de infinito incomoda a los matemáticos y (algunos) físicos.
¿Qué establece la alta densidad de una estrella de neutrones? La respuesta general es que una estrella de neutrones es un conjunto de neutrones condensados para que cada neutrón esté separado por el radio de un núcleo atómico. El núcleo de un átomo es del orden de 1e-15 metros (mucho más pequeño que el “tamaño” típico de un átomo de ~ 1e-10 m). El orden de magnitud estimado de
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Estimación de densidad = (Masa de partícula) / (separación media entre partículas) ~ (Masa de un neutrón) / (1e-15 metros) ^ 3
da una densidad de
3e17 kilogramos / metro ^ 3,
que es un valor frecuentemente citado para la densidad de las estrellas de neutrones.
¿Por qué los neutrones no se comprimen aún más? El principio de exclusión de Pauli evita que los neutrones se junten: los neutrones proporcionan una presión resistiva que evita que la gravedad condense la estrella aún más, y es este efecto el que establece la densidad típica de una estrella de neutrones.
En un agujero negro, ahora, la gravedad gana incluso sobre esta fuerza resistiva. La gravedad solo quiere hacer una cosa y es “unir las cosas”. Al hacerlo, los neutrones se separarían en sus quarks individuales, lo que también obedecería una ley del principio de Exclusión de Pauli, por lo que el centro de un agujero negro puede no ser una singularidad, sino una bola densa de quarks libres. En este caso, el orden de estimación de magnitud es
Densidad estimada = (masa de un quark) / (separación entre quarks) ~ (3e-27 g) / (1e-17 metros) ^ 3
lo que da una densidad de
3e21 kilogramos / metro ^ 3.
Cabe señalar que los números que utilicé para la estrella de quark a veces se disputan, nuestros modelos de quarks siguen limitando la “masa” y el “tamaño” de estos quarks, si tales términos tienen sentido en ese pequeño (y por lo tanto, la mecánica cuántica ) escamas.
Lamentablemente, incluso si existen estas estrellas de quark, están dentro del horizonte de eventos de los agujeros negros. Esto los hace difíciles de ver, por lo que las estrellas de neutrones son probablemente los objetos más densos del Universo que podríamos esperar observar directamente.
