Estrellas de neutrones: Los faros extremos del cosmos y su densidad

Jackson: Kaixo! Gaur pentsatzen nola gauden erreparatu dut -- hiritik kanpo zaudenean eta gora begiratzen duzunean, dena bakean dagoela dirudi, ezta? Izarrak hor daude, estatiko, betiko hantxe egon balira bezala. Baina, egia esan, unibertsoak baditu txoko batzuk non fisikaren legeak mugaraino eramaten diren -- eta gaur horretaz hitz egin nahi dizut. Imajinatu Eguzkia bezalako izar erraldoi bat, gurea baino bederatzi bider handiagoa dena . Izar horrek bere bizitza osoan erregai nuklearra erretzen du, baina momentu bat iristen da non dena agortzen den. Eta orduan, bake horren ordez, supernoba izeneko eztanda beldurgarri bat gertatzen da.

Lena: Hori da, Jackson. Eta finkatu zaitez zein den prozesu honen alderik harrigarriena. Eztanda horretan, izarrak bere kanpoko geruza guztiak espaziora jaurtitzen ditu, baina barruan geratzen dena da benetako protagonista: nukleo metallezko eta izugarri dentso bat . Hemen hasten da neutroi-izarren magia. Pentsa ezazu hiri baten tamainako bola batean Eguzkiaren masa osoa sartzen dela. Horrek esan nahi du dentsitatea hain dela handia, non ezin dugun gure munduko ezerrekin alderatu.

Jackson: Oker ez banago, horrelako objektu baten koilarakada batek milioika tona pisatuko lituzke, ezta? Ez zait buruan sartzen nola litekeen materia horrenbeste konprimatzea. Orain dela gutxi irakurri dut dentsitate hori bi puntu lau bider hamar ber zazpi gramo zentimetro kubikokoa denean, zerbait oso bitxia gertatzen dela atomoen barruan .

Lena: Hala da, eta horixe da gaur aztertuko dugun lehenengo gakoa. Puntu horretan, grabitatearen indarra hain da bortitza, non "neutronizazioa" deitzen dugun prozesua behartzen duen . Zer esan nahi du horrek? Bada, izar horren barruan zeuden protoiek eta elektroiek ezin diotela presioari eutsi eta elkarrekin bat egiten dutela. Karga elektrikoa galdu eta neutroi bihurtzen dira. Horregatik deitzen zaie neutroi-izarrak; funtsean, neutroi-bola erraldoi eta ultra-trinkoak direlako.

Jackson: Beraz, atomoak berak "apurtu" egiten dira grabitatearen pisuaren azpian. Baina, zerbaitek eutsi behar dio egitura horri, ezta? Bestela, dena puntu bakar bateraino kolapsatuko litzateke.

Lena: Horixe da muga. Masa hori Eguzkiarena baino hiru aldiz handiagoa balitz, zulo beltz bat sortuko litzateke, ihesbiderik gabe . Baina masa hori tarteko neurri batean badago, neutroien degenerazio-presioak eta barioien arteko indarrek grabitatea gelditzea lortzen dute . Oreka tentsio horretan sortzen da unibertsoko objekturik muturrekoenetako bat. Eta finkatu zaitez, objektu hauek hamar eta hogei kilometro arteko erradioa besterik ez dute, baina beren barruan Eguzkiaren masa 1,35 eta 2,1 aldiz artekoa gordetzen dute . Gaur bidaia honetan ikusiko dugu nola bihurtzen diren objektu hauek kosmosko itsasargi edo "pultsar", eta zer gertatzen den haien eremu magnetikoa kontroletik kanpo geratzen denean.

Jackson: Orain aipatu duzun neutronizazio prozesu horretan sakondu nahi dut, Lena. Zeren, pentsatzen jarrita, gure inguruko materia guztia hutsunez osatuta dagoela esaten digute beti -- atomoaren nukleoaren eta elektroien artean espazio izugarria dago. Baina neutroi-izar batean, hutsune hori desagertu egiten da, ezta?

Lena: Hori da gakoa. Materia "arrunta" daukagunean, hots, gure egunerokoan daukaguna, elektroien arteko aldaratze indarrak mantentzen du egitura. Baina izar erraldoi bat hiltzen denean, grabitateak indar hori gainditzen du . Imajinatu izarra globo bat dela. Barruko presioa jaisten denean -- tenperatura jaisten delako erregaia bukatu delako -- grabitatea jabe egiten da eta dena barrurantz estutzen hasten da .

Jackson: Eta hor hasieran "nano zuri" bat sortzen dela irakurri dut, ezta? Sirius B bezalakoak. Hor ere materia oso estututa dago, baina oraindik badago nolabaiteko muga bat.

Lena: Bai, nano zurietan elektroiak dira elkarri bultza egiten diotenak kolapsoa gelditzeko . Gure Eguzkia, adibidez, egunen batean nano zuri bihurtuko balitz, 1.400.000 kilometroko diametrotik 16.000 kilometro eskasera pasatuko litzateke . Baina neutroi-izar bat pauso bat harago doa. Masa handiagoa bada, elektroien indar hori ere ez da nahikoa. Grabitateak elektroiak protoien aurka jotzera behartzen ditu, eta krak! Karga elektrikoa desagertu eta neutroi bihurtzen dira denak .

Jackson: Oker ez banago, horrek esan nahi du neutroi-izar bat nukleo atomiko erraldoi baten modukoa dela, baina hiriaren tamainakoa. Eta horrek grabitatean duen eragina pentsatzeak bertigoa ematen du. Gure Eguzkia neutroi-izar bihurtuko balitz, bere gainazalean grabitatea Lurrekoa baino berrehun eta hamar mila milioi aldiz handiagoa izango litzateke .

Lena: Zenbaki hori ia ezinezkoa da irudikatzea. Horrek esan nahi du gainazal horretan zerbait utziko bazenu, berehala zapalduko litzatekeela, atomoz atomo. Eta finkatu zaitez xehetasun honetan: masa berdina izan arren, grabitatea askoz indartsuagoa da objektua txikiagoa delako. Zergatik? Bada, zentrutik askoz gertuago zaudelako . Newtonen legeak dioen bezala, masa bat zenbat eta bolumen txikiagoraino konprimaturik egon, hainbat eta erakarpen grabitatorio handiagoa izango du.

Jackson: Horregatik dira hain garrantzitsuak neutroi-izarrak fisikarentzat, laborategi naturalak direlako. Lurrean ezin dugu inoiz horrelako dentsitaterik edo grabitaterik lortu. Baina, nola dakigu ziur horrelako zerbait existitzen dela? Esan duzu hamar kilometro neurtzen dutela eta milaka argi urtera daudela. Teleskopio arrunt batekin hori ikustea ezinezkoa iruditzen zait.

Lena: Arrazoi duzu, hasieran zientzialariek ere ez zuten sinesten. Froga enpirikoak behar zituzten. Lehenengo nano zuria, Sirius B, argiaren espektroaren desplazamendua aztertuz detektatu zen mila bederatziehun eta hogeita bostean . Erlatibitate-teoriak dio argiak energia galtzen duela eremu grabitatorio indartsu batetik ateratzean, eta horixe ikusi zuten. Baina neutroi-izarrak detektatzeko, zerbait dinamikoagoa aurkitu behar zuten: espazioko itsasargiak.

Jackson: Hor sartzen dira jokoan pultsarrak, ezta? Beti iruditu zait harrigarria izar bat "pultsatzen" ikustea, bihotz baten moduan, baina irrati-uhinekin.

Lena: Hori da! Pultsarrak, funtsean, beren ardatzaren inguruan oso azkar biratzen duten neutroi-izarrak dira . Supernoba baten ondoren, izarraren nukleoa uzkurtu egiten denez, bere errotazio-abiadura izugarri handitzen da -- pentsa ezazu izotz gaineko patinatzaile bat besoak biltzen dituenean bezala. Pultsar batzuk segundoko ehunka bira emateko gai dira.

Jackson: Eta biratze horretan, erradiazio izpiak igortzen dituzte poloetatik, ezta? Faro baten antzera. Guk lurretik pultsu hori jasotzen dugu izpia gure norabidean pasatzen denean.

Lena: Talitxe-talitxe. Polo magnetikoetatik erradiazio elektromagnetikoa jaurtitzen dute . Eta finkatu zaitez zein zehatzak diren: pultsu horiek hain dira erregularrak, non denbora neurtzeko erabil daitezkeen. Mila bederatziehun eta hirurogeita zazpiko azaroaren hogeita zortzian, Jocelyn Bell Burnellek eta Antony Hewishek lehenengo aldiz detektatu zutenean, ez zuten sinesten . Hain zen zehatza seinalea, non hasieran beste zibilizazio baten mezua izan zitekeela pentsatu baitzuten.

Jackson: "Little Green Men" edo Gizon Berde Txikiak deitu zioten hasieran, ezta? Baina gero konturatu ziren objektu natural bat zela. Irakurri dut Karramarroko nebulosaren erdian pultsar bat dagoela, eta horrek mila urte inguru dituela . Horrek bat egiten du txinatarrek mila eta berrogeita hamalaugarren urtean ikusi zuten supernoba leherketarekin.

Lena: Hori da astronomiaren alderik politena: historia eta zientzia nola lotzen diren. Karramarroko pultsar hori mila bederatziehun eta hirurogeita bederatzi urtean optikoki ere ikusi zen . Hau da, argi pultsuak eta irrati-uhinak sinkronizatuta zeudela ikusi zuten. Izar horrek ehun mila tona zentimetro kubikoko trinkotasuna du . Pentsa, masa hori guztia biraka segundoko hainbat aldiz.

Jackson: Baina, biraketa hori betirako da? Edo momenturen batean gelditu egiten dira?

Lena: Pixkanaka-pixkanaka motelduz doa . Izarrak grabitazio-uhinak igortzen ditu, eta horrek bere momentu zinetikoaren zati bat kontsumitzen du. Errotazioaren moteltze hori neurtuz, astronomoek izarraren adina kalkula dezakete . Beraz, pultsarrak ez dira bakarrik itsasargiak, kronometro kosmikoak ere badira. Baina badaude neutroi-izar mota batzuk pultsarrak baino askoz beldurgarriagoak direnak, batez ere beren eremu magnetikoari begiratzen badiogu.

Jackson: Magnetarrak aipatzen ari zara, seguru. Izenak berak dena esaten du, baina datuak ikustean beldurra ematen du. Irakurri dut magnetar baten eremu magnetikoa Eguzkiarena baino bilioi bat bider indartsuagoa izan daitekeela . Gure Eguzkiarena Gauss bat ingurukoa da, eta Lurrekoa Gauss erdia. Magnetarrak Gauss trilioi batetik gora joan daitezkeela diote.

Lena: Hori da. Neutroi-izar arrunt batek dagoeneko eremu magnetiko indartsua du, baina magnetarrak beste maila batean daude. Pentsa ezazu honetan: magnetar bat Lurraren eta Ilargiaren arteko erdibidean egongo balitz, bere indar magnetikoak gure poltsikoetako giltzak edo paper-klipak erakarriko lituzke hemendik, eta munduko kreditu-txartel guztien informazioa ezabatuko luke berehala .

Jackson: Hori bai dela urrutiko kontrola! Eta giza gorputzarentzat? Suposatzen dut ez dela oso osasungarria izango horrelako indar baten gertu egotea.

Lena: Inondik inora. Seiehun kilometroko distantziara egonda ere, eremu magnetiko horrek giza ehunak literalki deformatu eta suntsituko lituzke . Gainera, eremu magnetiko horiek hain dira muturrekoak, non partikulak azeleratu eta unibertso osoko erradiaziorik energetikoena igortzen duten: gamma izpien fotoiak .

Jackson: Eta nola sortzen dira "munstro" magnetiko hauek? Baldintza bereziren bat behar al da supernoban?

Lena: Galdera ona da. Badirudi nukleoaren kolapsoan izarra oso astiro biratzen denean, baina baldintza magnetiko jakin batzuekin, magnetar bat sor daitekeela . Astronomoek Westerlund bat izeneko izar klusterrean aurkitu dute bat, hamasei mila argi urtera . Kluster hori oso gaztea da, eta hango izarrak oso masiboak dira, gure Eguzkia baino berrogei aldiz handiagoak.

Jackson: Horrek teoria asko hankaz gora jartzen ditu, ezta? Normalean esaten da izar masiboegiek zulo beltzak sortzen dituztela, ez neutroi-izarrak.

Lena: Hori izan zen eztabaidagai handia. Westerlund bat-eko magnetarrak erakutsi zuen berrogei eguzki masa baino handiagoa duen izar batek ere neutroi-izar bat sor dezakeela . Agian, izar horrek bikotekide bat zuen inguruan eta hark energia eta masa zati bat "lapurtu" zion, zulo beltz bihurtzea ekidinez . Oraindik ez dugu bikotekide hori aurkitu, baina argi dago magnetarrak neutroi-izarren familiako kiderik bitxienak eta indartsuenak direla.

Jackson: Oraingoz ikusi dugu neutroi-izarrak dentsitatearen gailurrean daudela, baina beti dago pauso bat harago. Zer gertatzen da masa handitzen bada? Noiz uzten dio neutroi-izar batek "izar" izateari zulo beltz bihurtzeko?

Lena: Hori da muga kritikoa. Lehen esan dugun bezala, neutroi-izar batek normalean bat puntu hogeita hamabost eta bi puntu bat arteko eguzki masa dauka . Baina masa horrek hiru eguzki masako muga gainditzen badu, neutroien degenerazio-presioak ezin dio gehiago grabitateari eutsi . Une horretan, ez dago unibertsoan kolapsoa geldiaraz dezakeen indarrik .

Jackson: Beraz, izarra zero bolumenerantz doa eta grabitatea infiniturantz. Horixe da zulo beltz baten sorrera. Baina, hori gertatu baino lehen, objektua "ikustezin" bihurtzen dela irakurri dut, argiak ere ezin duelako ihes egin.

Lena: Hori da Einsteinek eta erlatibitateak aurresan zutena. Izarra kolapsatzen doan heinean, igortzen duen argiaren energia gero eta txikiagoa da, grabitateak "jan" egiten duelako . Momentu bat iristen da non argiak ez duen nahikoa energia eremu grabitatorio horretatik ateratzeko. Horregatik deitzen diegu zulo beltzak; ez dutelako ezer bueltatzen, ezta argia ere .

Jackson: Eta horrek gogorarazten dit Tunguskako gertakaria, mila bederatziehun eta zortzian Siberian gertatu zena. Badakit teoria asko daudela, baina batzuek zulo beltz txiki batekin lotu zuten, ezta?

Lena: Bai, mila bederatziehun eta hirurogeita hamahiru urtean Texasko Unibertsitateko bi zientzialarik proposatu zuten zulo beltz mikroskopiko batek Lurra zeharkatu zuela . Haien ustez, milimetro-milioiren bateko tamaina zuen objektu batek Siberia jo, planeta osoa zeharkatu eta Atlantikoan atera zen. Horrek azalduko luke zergatik egon zen leherketa ikaragarri bat baina kraterrik ez .

Jackson: Baina teoria horrek baditu hutsuneak. Adibidez, zergatik ez zen Atlantikoan ezer nabaritu objektua ateratzean? Gaur egun, zientzialari gehienek nahiago dituzte beste azalpen batzuk, kometekin edo meteoritoekin lotutakoak . Hala ere, liluragarria da pentsatzea objektu trinko horiek -- neutroi-izarrak edo zulo beltzak -- gure planetan horrelako eragina izan zezaketela.

Jackson: Tunguskako gaia oso interesgarria da neutroi-izarren eta zulo beltzen testuinguruan jartzeko, Lena. Zeren, kraterrik ez egoteak jendea zoratu egin zuen hamarkadetan. Jendeak onddo itxurako hodeiak ikusi zituen, Hiroshima eta Nagasakikoen antzekoak, baina mila bederatziehun eta zortzian ez zegoen bonba atomikorik .

Lena: Horixe da misterioa. Lekuko batzuek zilindro itxurako objektu bat ikusi zutela esan zuten, eta batzuek norabidez aldatzen zela ere baieztatu zuten . Horrek batzuei pentsarazi zien zibilizazio aurreratu baten espazio-ontzi bat izan zitekeela, Carl Saganek berak ere aipatu zuen aukera hori momentu batean . Baina froga fisikorik gabe, zientzia beti doa biderik logikoenera.

Jackson: Eta bide logiko hori jela-meteoritoarena da, ezta? Saganek berak proposatu zuen ur, metano eta amoniakoz osatutako meteorito bat izan zitekeela . Atmosferan sartzean, tenperaturak jela guztia lurrundu zuen, eta horregatik ez zen kraterrik geratu. Soilik diamantezko zati supertxiki batzuk aurkitu dira lurrean barreiaturik .

Lena: Hori da gaur egun onartuen dagoen teoria. Nevski eta Balklavs zientzialariek ere antzeko zerbait proposatu zuten, baina tximista ikaragarri baten faktorea gehituz . Objektua atmosferan sartzean, karga elektriko izugarria hartu zuen eta tximista batek airean lehertarazi zuen . Horrek azalduko luke zergatik lurretik erauzi ziren zuhaitzak eta zergatik ez zegoen kraterrik: leherketa airean gertatu zelako, berrogei milioi tona TNTko indarrarekin .

Jackson: Bitxia da, baina prozesu horrek neutroi-izarren logikarekin zerikusia du nolabait: materiaren konprentsaioa, energia askatzea eta muturreko indarrak. Tunguskan gertatutakoak erakusten digu espaziotik datorrenak, dela zulo beltz bat, dela kometa bat, gure mundua segundotan alda dezakeela.

Lena: Eta horrek garrantzi handia ematen dio gure inguruko zerua aztertzeari. Neutroi-izarrak urrun daude, bai, baina haiek aztertuz ikasten dugu materia nola portatzen den muturreko egoeretan. Tunguska abisu bat izan zen; unibertsoa ez dela leku estatiko eta segurua, baizik eta etengabeko mugimenduan eta aldaketan dagoen sistema bat, non objektu txikienek ere -- milimetro-milioiren bateko zulo beltz batek edo 10 kilometroko diametroa duen neutroi-izar batek -- indar kalkulaezina duten .

Jackson: Honetaz guztiaz hitz egitean, batzuetan urrunegi sentitzen ditugu gauza hauek. Baina gure bizitzan badute eraginik? Orain arte esan dugun guztia kontuan hartuta, neutroi-izarrak ulertzeak nola laguntzen digu hemen, Lurrean?

Lena: Galdera bikaina da. Lehenik eta behin, fisikaren mugak ulertzen laguntzen digute. Materia nola desintegratzen den eta neutroi bihurtzen den jakiteak oinarrizko partikulen portaerari buruzko informazioa ematen digu . Gainera, pultsarrak bezalako objektuek unibertsoaren mapa egiten laguntzen digute. Haien pultsuak hain dira zehatzak, non nabigazio espazialean itsasargi gisa erabili nahi diren.

Jackson: Oker ez banago, horrek esan nahi du etorkizuneko espazio-bidaietan pultsarrak "GPS" moduko bat izan daitezkeela, ezta?

Lena: Hori da asmoa. Eta magnetarrak aztertuz, eremu magnetiko indartsuek materian duten eragina ikusten dugu. Hori funtsezkoa da fusio nuklearra bezalako teknologiak garatzeko, non plasma kontrolatzeko eremu magnetiko oso indartsuak behar diren . Gure laborategietan ezin dugu magnetar baten indarra sortu, baina haiei begira ikas dezakegu nola kudeatu energia hori.

Jackson: Gainera, Tunguskakoa bezalako gertakariek gogorarazten digute gure planetaren defentsa-sistemak hobetu behar ditugula. Kometa bat edo meteorito bat aurretiaz detektatzea hil ala bizikoa izan daiteke . Eta horretarako, objektu horien dentsitatea eta masa nola kalkulatu jakin behar dugu, neutroi-izarren kasuan egiten dugun bezala.

Lena: Azken finean, neutroi-izarrak unibertsoak eskaintzen dizkigun laborategirik muturrekoenak dira. Han gertatzen dena ezin dugu hemen erreproduzitu, baina hura ulertzea da gure espeziearen erronkarik handienetako bat. Materiaren bihotzeraino iristea da, dena nola eraikita dagoen ikusteko, atomoak berak birrindu arte estutzen direnean .

Jackson: Gaur ikusi dugun guztiarekin, pentsatzen jarri naiz zein zaila izan behar zuen astronomoentzat hasieran hau guztia onartzea. Neutroi-bolak, pultsu zehatzak bidaltzen dituzten itsasargiak, kreditu-txartelak urrutitik borratzen dituzten magnetarrak... Benetan zientzia-fikzioa dirudi.

Lena: Eta hori da zientziaren edertasuna. Mila bederatziehun eta hamabostean, ideia hauek sinesgaitzak ziren . Zientzialariek froga enpirikoak eskatzen zituzten, eta hamarkadak behar izan ziren teleskopio eta irrati-teleskopio hobeak lortzeko . Baina pixkanaka, datuek arrazoia eman zieten teorikoen ametsik zoroenei.

Jackson: Fikziozko pulsar baten adibidea ikustetik, benetako Karramarroko pulsarra mila urteko adinarekin identifikatzera dagoen jauzia izugarria da . Horrek erakusten digu gure irudimena batzuetan motz geratzen dela naturaren errealitatearekin alderatuta.

Lena: Hala da. Eta nahiz eta zientzia kontserbadorea izan -- Tunguskako kasuan ikusi dugun bezala, nahiago duelako azalpen sinple bat (kometa bat) hipotesi bitxiagoen aurretik (zulo beltz bat) --, beti dago lekurik teoria berrientzat . Oraindik asko dago argitzeko neutroi-izarren barne egiturari buruz edo zulo beltz bihurtzen diren momentu zehatz horri buruz.

Jackson: Gaur ikasi dugu gure zeruaren biltzen duen bake itxura horren azpian, indar beldurgarriak eta objektu ia ezinezkoak ezkutatzen direla. Materia estutzen denean, unibertsoak bere sekreturik sakonenak erakusten dizkigu.

Lena: Hori da, Jackson. Eta bidaia hau ez da hemen amaitzen. Behatzen jarraitzen dugun bitartean, objektu horiek istorio berriak kontatzen jarraituko digute. Hurrengoan gora begiratzen duzunean, gogoratu: han goian, hiri baten tamainako bola batzuk biraka dabiltza abiadura zorabioan, unibertsoaren bihotza balira bezala pultsatzen.

Jackson: Eskerrik asko bidaia honetan gurekin egoteagatik. Neutroi-izarren mundu hau, lehen begiratuan urruna eta hotza badirudi ere, gure existentziaren beraren mugei buruz hitz egiten digu. Atomoak nola elkartzen diren, grabitateak dena nola gobernatzen duen eta nola, azkenean, hondar horietatik unibertsoko fenomenorik ikusgarrienak sortzen diren.

Lena: Benetan plazer bat izan da xehetasun hauek guztiak partekatzea. Tunguskako misteriotik magnetarren indar magnetiko suntsitzaileraino, ikusi dugu dena lotuta dagoela. Zientzia ez da bakarrik datuak pilatzea, gure inguruko mundu bitxi honen puzzlea osatzea baizik.

Jackson: Hurrengoan zeruko puntu txiki horiei begiratzen diezunean, agian gogoratuko zara haietako bat unibertsoaren itsasargi bat izan daitekeela, mila urteko istorioa duena eta bere baitan dentsitate ezinezko bat gordetzen duena.

Lena: Eta pentsatu: agian gure ezagutzaren muga horietan dago hurrengo aurkikuntza handiaren giltza. Zientziak bidea erakusten digu, baina gure jakin-minak mantentzen du bide hori argituta.

Jackson: Izan dadila gaurko saio hau hausnarketarako bide. Zenbat dakigun jada, baina baita zein gutxi dakigun oraindik unibertsoak gordetzen dituen indar erraldoi horien inguruan. Eskerrik asko zure denboragatik.

Batzuetan, gauzarik txikienak -- hamar kilometroko izar bat bezala -- dira unibertsoaren handitasuna ondoen erakusten digutenak. Zer dagoeneko ezinezkoa dela pentsatzen dugun horren mugan, horixe da benetako zientzia hasten den lekua.