Cuando una estrella masiva agota su combustible y colapsa, uno de los posibles resultados es una estrella de neutrones: un objeto extremadamente denso capaz de concentrar una masa comparable a la del Sol en una esfera de apenas unas decenas de kilómetros.
Pero algunos modelos físicos plantean un escenario todavía más extremo. Si la presión interna continúa aumentando, los propios neutrones podrían dejar de mantenerse intactos. Sus componentes fundamentales, los quarks, quedarían liberados y formarían un nuevo estado de la materia.
De ahí surge la hipótesis de las estrellas de quarks, también conocidas en algunos modelos como estrellas extrañas.
Cuando los neutrones dejan de existir como partículas individuales
Los protones y neutrones no son partículas elementales. Están formados por quarks unidos mediante la interacción nuclear fuerte.
En condiciones normales, los quarks permanecen confinados dentro de estas partículas y no pueden encontrarse libremente de manera aislada. Sin embargo, bajo densidades y presiones extremas, como las que podrían existir en el interior de una estrella de neutrones, ese confinamiento podría romperse.
En ese caso, los límites entre los nucleones desaparecerían y los quarks pasarían a formar un fluido extremadamente denso en el que podrían desplazarse con mayor libertad. Este proceso se conoce como desconfinamiento de quarks.
Qué es la materia extraña
En una primera fase, la materia liberada estaría formada principalmente por quarks up y down, los mismos que componen protones y neutrones.
Pero en condiciones extremas, una parte de los quarks down podría transformarse mediante la interacción débil en quarks extraños, también llamados strange quarks. Esto daría lugar a una mezcla de quarks up, down y strange, conocida como materia extraña de quarks. Según la denominada hipótesis de Bodmer-Witten-Terazawa, esta forma de materia podría ser incluso más estable que la materia nuclear convencional.
Si esta idea fuera correcta, la materia extraña podría representar uno de los estados más estables posibles de la materia bajo determinadas condiciones extremas.
Cómo sería una estrella de quarks
Desde el exterior, una estrella de quarks podría parecerse mucho a una estrella de neutrones, por lo que distinguirlas sería extremadamente difícil.
Una de las diferencias principales estaría en la relación entre su masa y su radio. Algunos modelos indican que una estrella de quarks podría tener una masa similar a la de una estrella de neutrones, pero ocupar un volumen menor.
También podría presentar un comportamiento térmico diferente. La emisión de neutrinos en su interior alteraría la velocidad a la que pierde calor, por lo que estos objetos podrían enfriarse de una manera distinta a las estrellas de neutrones convencionales.
Otra diferencia podría encontrarse en la velocidad de rotación. Determinados modelos plantean que una estrella de quarks podría soportar frecuencias de giro extremadamente elevadas antes de desintegrarse.
Una superficie completamente diferente
Las estrellas de quarks también podrían tener una estructura superficial muy distinta.
Mientras que una estrella de neutrones posee una corteza formada por núcleos atómicos y electrones, una estrella extraña podría contar con un campo eléctrico extremadamente intenso en su superficie.
Ese campo podría mantener una fina capa de electrones e incluso pequeñas cantidades de materia ordinaria suspendidas sobre el núcleo de quarks. El resultado sería un objeto con propiedades electromagnéticas y térmicas muy diferentes a las de cualquier estrella convencional.
Los posibles candidatos
Hasta el momento no existe una estrella de quarks cuya naturaleza haya sido confirmada de forma definitiva.
Sin embargo, algunos objetos compactos han generado interés porque ciertas mediciones parecen difíciles de explicar únicamente con los modelos tradicionales de estrellas de neutrones.
Uno de los casos estudiados es RX J1856.5-3754, cuyas primeras estimaciones sugerían un radio especialmente pequeño. Observaciones posteriores modificaron algunas de esas interpretaciones, por lo que su naturaleza continúa siendo objeto de debate.
También se estudian púlsares que giran a velocidades extremadamente elevadas y otros objetos compactos cuyas propiedades podrían ofrecer pistas sobre estados exóticos de la materia.
Las ondas gravitacionales pueden aportar la respuesta
Una de las herramientas más prometedoras para investigar estos objetos procede de la astronomía de ondas gravitacionales.
Cuando dos estrellas compactas se aproximan antes de fusionarse, la gravedad de cada una deforma ligeramente a la otra. La magnitud de esa deformación depende de la estructura interna de los cuerpos y de la llamada ecuación de estado, que describe cómo responde la materia cuando está sometida a presiones y densidades extremas.
Observatorios como LIGO y Virgo pueden estudiar estas señales durante las fusiones de estrellas compactas. Cuanto más precisas sean estas mediciones, mejor podrán los científicos determinar qué tipo de materia existe en el interior de estos objetos.
Por ahora, las estrellas de quarks continúan siendo una posibilidad teórica. Pero si algún día se confirma su existencia, demostrarían que el universo puede crear formas de materia completamente diferentes de todo aquello que encontramos en condiciones normales en la Tierra.
