La pregunta que se hace es: “¿Es físicamente posible que un BH estelar sea el resultado de un núcleo de neutrones colapsando en un núcleo de quarks y otras partículas más fundamentales?”
Esto no tiene mucho sentido. Un agujero negro (BH) consiste en quarks, neutrones o cualquier otro tipo de partículas fundamentales. Todas las partículas fundamentales que componen la materia que entró en la BH se colapsaron cerca del centro de la BH, donde la Relatividad General clásica dice que se formaría una singularidad. Sin embargo, creemos que una teoría de la gravedad mecánica cuántica adecuada no tendrá una singularidad: será otra cosa, pero no estará hecha de quarks o neutrones ni nada de eso. Puede ser una bola densa de las cuerdas fundamentales de la teoría de cuerdas o algo completamente diferente.
Si omitimos la parte BH de la pregunta, entonces la respuesta es quizás: para las estrellas de neutrones muy masivas es posible que el núcleo de la estrella de neutrones consista en algún tipo de materia de quarks. Por ejemplo, Wikipedia dice: Quark star:
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Una estrella de quark es un tipo hipotético de estrella exótica compacta compuesta de materia de quark. Estas son fases ultradensas de materia degenerada teorizadas para formar dentro de estrellas de neutrones particularmente masivas.
La existencia de estrellas de quark no ha sido confirmada teórica o astronómicamente. La ecuación del estado de la materia de quark es incierta, como lo es el punto de transición entre la materia degenerada de neutrones y la materia de quark. Las incertidumbres teóricas han impedido hacer predicciones a partir de los primeros principios. Experimentalmente, el comportamiento de la materia quark se está estudiando activamente con colisionadores de partículas, aunque esto solo puede producir gotas de plasma quark-gluón calientes del tamaño de núcleos atómicos, que se descomponen inmediatamente después de la formación. Debido a las presiones extremadamente altas requeridas, no existen métodos artificiales conocidos para producir o almacenar materia fría de quark como se encontraría en las estrellas de quark.
Por eso la respuesta es “tal vez”.
La reciente detección de LIGO de las ondas gravitacionales de fusión de BH (GW) puede ser un instrumento que podría arrojar algo de luz sobre este “tal vez”.
Por ejemplo, si LIGO detectara los GW de la inspiración y la fusión de dos estrellas de neutrones, obtendríamos una cantidad significativa de información sobre la ecuación de estado de la materia estelar de neutrones. Actualmente tenemos varias predicciones teóricas para posibles ecuaciones de estado, pero no hay forma de elegir entre las diferentes posibilidades. Si pudiéramos medir con precisión el diámetro de una estrella de neutrones de una masa conocida, eso ayudaría mucho. Actualmente no hay forma de determinar los diámetros de estas estrellas de neutrones muy compactas. Por ejemplo, se estima que tienen de 10 a 20 millas de diámetro y el objeto más cercano está a muchos años luz de distancia; no hay forma de hacer ese tipo de medición con un telescopio normal.
Sin embargo, si LIGO detectó los GW de una fusión binaria de estrellas de neutrones, ¡podríamos determinar las masas de las dos estrellas de neutrones y determinar la suma de sus radios! Esto ayudaría mucho a determinar la ecuación de estado de la materia estelar de neutrones. De hecho, podría dar indicios de la existencia de materia de quark en el núcleo de una estrella de neutrones masiva. Si el diámetro de la estrella de neutrones es menor que cualquier estimación teórica basada en la materia de neutrones, eso constituiría evidencia de materia de quark en el núcleo de esa estrella de neutrones.
