Cuando pensamos en una estrella normalmente imaginamos una enorme esfera de gas muy caliente, como nuestro Sol, que permanece brillando durante miles de millones de años. Pero algunas estrellas tienen un final completamente diferente. Después de una vida relativamente corta y muy violenta, algunas de ellas terminan convertidas en uno de los objetos más extraños que podemos encontrar en el Universo: una estrella de neutrones.

Una estrella de neutrones es lo que queda del núcleo de una estrella masiva después de que esta haya explotado como una supernova. Lo más sorprendente es su tamaño. Puede tener una masa mayor que la del Sol concentrada en una esfera de apenas unos 20 kilómetros de diámetro. Es decir, estamos hablando de un objeto que podría caber perfectamente dentro de una gran ciudad, pero que contiene una cantidad de materia comparable a la de una estrella completa.

Para entender cómo puede ocurrir algo así tenemos que imaginar una estrella mucho más grande que nuestro Sol. Durante millones de años, en su interior se producen reacciones nucleares que van transformando unos elementos en otros. La estrella consigue mantener un equilibrio entre la enorme fuerza de la gravedad, que intenta comprimirla, y la energía producida en su interior, que empuja hacia el exterior.

Pero llega un momento en que ese equilibrio se rompe. En las estrellas más masivas, el núcleo acaba acumulando hierro. Y aquí aparece un problema, porque fusionar hierro no proporciona la energía necesaria para mantener estable la estrella. La gravedad gana la batalla y el núcleo comienza a colapsar sobre sí mismo.

El proceso es increíblemente rápido. En cuestión de segundos, una enorme cantidad de materia se comprime hasta alcanzar una densidad inimaginable. Las capas exteriores de la estrella son expulsadas al espacio en una gigantesca explosión de supernova y en el centro queda un pequeño núcleo extremadamente compacto. Ese núcleo puede convertirse en una estrella de neutrones.

La gravedad es tan fuerte durante el colapso que los protones y los electrones se combinan formando neutrones. De ahí procede precisamente su nombre. Pero no debemos imaginarla simplemente como una gigantesca bola formada exclusivamente por neutrones. En su interior existen diferentes capas y las condiciones son tan extremas que todavía no conocemos completamente qué ocurre en las zonas más profundas.

Y aquí es donde las estrellas de neutrones se convierten en auténticos laboratorios naturales. En la Tierra podemos estudiar la materia en nuestros aceleradores de partículas y en los laboratorios, pero nunca podemos reproducir las condiciones que existen en el interior de una estrella de neutrones. Allí encontramos unas densidades y unas presiones extraordinarias.

Una de las cosas más sorprendentes es que una estrella de neutrones puede tener una masa superior a la del Sol y, sin embargo, medir solamente unas decenas de kilómetros. Para hacernos una idea, nuestro Sol tiene un diámetro de unos 1,4 millones de kilómetros. Una estrella de neutrones puede concentrar una masa similar en una esfera del tamaño aproximado de una ciudad.

La densidad es tan grande que una pequeña cantidad de su materia tendría una masa enorme. Las comparaciones que solemos encontrar hablan de que una cucharadita de materia de una estrella de neutrones podría pesar millones de toneladas. No es una cifra que debamos tomar como una medida exacta para cualquier punto de la estrella, pero sirve para hacernos una idea de hasta qué punto puede comprimirse la materia. Y todavía hay algo más sorprendente. Estas estrellas pueden girar a velocidades increíbles.

Cuando una estrella gigantesca se colapsa y reduce su tamaño de forma tan espectacular, conserva su momento angular. Es parecido a lo que ocurre cuando una persona que está girando sobre sí misma acerca los brazos al cuerpo y aumenta su velocidad de giro. En una estrella de neutrones este efecto es enorme, algunas pueden girar cientos de veces por segundo.

Una de estas estrellas puede dar cientos de vueltas sobre sí misma en el tiempo que nosotros tardamos en parpadear. Y aquí aparecen los famosos púlsares. Un púlsar es una estrella de neutrones que gira rápidamente y posee un intenso campo magnético. Desde sus regiones polares pueden salir haces de radiación que barren el espacio mientras la estrella gira. Si uno de esos haces apunta en nuestra dirección, nuestros radiotelescopios pueden detectar un pulso cada vez que pasa por delante de nosotros.

Es parecido a observar un faro desde muy lejos. La luz del faro está funcionando continuamente, pero nosotros solamente vemos un destello cada vez que el haz apunta hacia nuestra posición. Por eso estas estrellas parecen emitir pulsos regulares. Los primeros púlsares fueron descubiertos en 1967 por Jocelyn Bell Burnell, que detectó una señal de radio extremadamente regular. La señal era tan extraña y tan precisa que durante un tiempo incluso se utilizó de manera informal el nombre de LGM-1, haciendo referencia a «Little Green Men», pequeños hombres verdes. Evidentemente no eran extraterrestres. Lo que habían descubierto era una estrella de neutrones girando rápidamente.

Los púlsares son además unos relojes naturales extraordinarios. Algunos de ellos mantienen una regularidad impresionante y los astrónomos pueden utilizarlos para estudiar diferentes fenómenos del Universo. Incluso se han encontrado planetas orbitando alrededor de un púlsar, lo que demuestra que los sistemas planetarios pueden sobrevivir o formarse alrededor de los restos de una estrella que tuvo un final catastrófico. Pero las estrellas de neutrones todavía pueden ser más extremas.

Algunas poseen campos magnéticos muchísimo más intensos que los de un púlsar normal. Son los llamados magnetares. Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético extraordinariamente poderoso. Estamos hablando de algunos de los campos magnéticos más intensos conocidos en todo el Universo. Son tan fuertes que pueden afectar incluso a la corteza de la propia estrella.

En ocasiones se producen enormes liberaciones de energía. La superficie puede sufrir algo parecido a un terremoto, aunque cuando hablamos de una estrella de neutrones las dimensiones y las energías implicadas son completamente diferentes a cualquier terremoto que podamos experimentar en la Tierra.

Estos fenómenos pueden producir grandes emisiones de rayos X y rayos gamma que son detectables desde enormes distancias. Pero las estrellas de neutrones tienen otra característica que las convierte en protagonistas de algunos de los acontecimientos más violentos del Universo.

En ocasiones dos estrellas de neutrones pueden encontrarse formando un sistema binario. Las dos estrellas giran alrededor de un centro común y poco a poco van perdiendo energía en forma de ondas gravitacionales. Con el paso del tiempo sus órbitas se hacen cada vez más pequeñas y finalmente terminan chocando.

La fusión de dos estrellas de neutrones es uno de los acontecimientos más espectaculares que conocemos. Durante ese proceso se producen ondas gravitacionales que pueden viajar por el espacio durante miles de millones de años hasta llegar a la Tierra.

Estas ondas fueron detectadas directamente por los científicos y abrieron una nueva ventana para estudiar el Universo. Ya no solamente podemos observar la luz de los objetos astronómicos, también podemos detectar las ondas gravitacionales producidas por algunos de los acontecimientos más violentos del cosmos.

Pero estas colisiones tienen además otra consecuencia muy interesante. En ellas pueden producirse elementos pesados mediante procesos nucleares muy extremos. Esto está relacionado con el origen de algunos de los elementos más pesados que encontramos en el Universo, entre ellos el oro. Así que cuando llevamos una joya de oro, resulta curioso pensar que los átomos que la forman pudieron tener un origen en acontecimientos cósmicos ocurridos mucho antes de que existiera nuestro planeta.

Las estrellas de neutrones también nos permiten estudiar la teoría de la relatividad de Einstein. Su enorme masa concentrada en un espacio tan pequeño produce una gravedad extraordinaria y una fuerte curvatura del espacio-tiempo. Cuando encontramos una estrella de neutrones orbitando junto a otra estrella podemos estudiar con enorme precisión cómo se comportan sus órbitas y comprobar las predicciones de la relatividad general.

Y todavía tenemos una gran pregunta sin responder: ¿qué hay exactamente en el interior de una estrella de neutrones? Sabemos bastante sobre sus características exteriores, pero cuando nos adentramos en las regiones más profundas aparecen muchas incógnitas. Los científicos estudian si en su interior puede existir materia en estados que todavía no conocemos completamente, y si pueden aparecer partículas o formas de materia que no encontramos en condiciones normales.

Para intentar responder a estas preguntas existen instrumentos como NICER, instalado en la Estación Espacial Internacional, que observa estrellas de neutrones en rayos X. Analizando sus emisiones podemos obtener información sobre su masa, su tamaño, su rotación y las propiedades de la materia que forma estos objetos.

Lo curioso es que una estrella de neutrones no es realmente una estrella en el sentido tradicional. La estrella que la originó ya desapareció hace mucho tiempo. Lo que vemos ahora es su núcleo, el último resto de aquella enorme estrella que explotó. Podríamos decir que una estrella de neutrones es el corazón que queda después de la muerte de una estrella masiva.

Algunas siguen girando durante millones de años y se convierten en púlsares. Otras desarrollan campos magnéticos extraordinarios y se convierten en magnetares. Otras pueden permanecer mucho más tranquilas y ser difíciles de detectar. Y algunas terminan chocando con otra estrella de neutrones en uno de los acontecimientos más violentos del Universo.

Todo esto ocurre en objetos que, aunque tienen una masa comparable a la de una estrella, pueden tener solamente unos pocos kilómetros de radio. Las estrellas de neutrones son uno de esos objetos que nos recuerdan que el Universo puede ser mucho más extraño de lo que imaginamos. Una estrella puede morir, explotar y desaparecer casi por completo, pero su núcleo puede quedar convertido en una esfera diminuta, increíblemente densa, que continúa girando en la oscuridad.

Pequeñas en tamaño, enormes en masa y con una gravedad y unos campos magnéticos extremos, las estrellas de neutrones son auténticos laboratorios cósmicos. Y mientras seguimos estudiándolas, quizá algún día consigamos descubrir qué ocurre realmente en su interior. Porque todavía queda una parte de estas pequeñas estrellas que el Universo se resiste a contarnos…