Por primera vez, astrofísicos de la Universidad Goethe de Frankfurt han establecido un nuevo límite para la masa máxima de las estrellas de neutrones: no pueden exceder las 2,16 masas solares.

Desde su descubrimiento en la década de 1960, los científicos han tratado de responder a la pregunta de cómo de masivas pueden llegar a ser las estrellas de neutrones. En contraste con los agujeros negros, estas estrellas no pueden ganar en masa arbitrariamente; más allá de cierto límite no hay fuerza física en la naturaleza que pueda contrarrestar su enorme fuerza gravitacional.

Por primera vez, los astrofísicos de la Universidad Goethe de Frankfurt han logrado calcular un límite superior estricto para la masa máxima de estrellas de neutrones.

Con un radio de unos 12 kilómetros y una masa que puede ser dos veces mayor que la del Sol, las estrellas de neutrones se encuentran entre los objetos más densos del universo, produciendo campos gravitacionales comparables a los de los agujeros negros. Mientras que la mayoría de las estrellas de neutrones tienen una masa de alrededor de 1,4 veces la del Sol, también se conocen ejemplos masivos, como el pulsar PSR J0348 + 0432 con 2,01 masas solares.

La densidad de estas estrellas es enorme, como si todo el Himalaya estuviera comprimido en una jarra de cerveza. Sin embargo, hay indicios de que una estrella de neutrones con una masa máxima colapsaría formando un agujero negro si se añadiera un solo neutrón.

Junto con sus alumnos Elias Most y Lukas Weih, el profesor Luciano Rezzolla, físico, miembro del Instituto de Frankfurt para Estudios Avanzados (FIAS) y profesor de Astrofísica Teórica en la Universidad de Goethe en Frankfurt, ha resuelto el problema que había quedado sin respuesta durante 40 años: Con una precisión de algunos por ciento, la masa máxima de estrellas de neutrones no giratorios no puede exceder 2,16 masas solares.

La base de este resultado fue el enfoque de "relaciones universales" desarrollado en Frankfurt hace unos años. La existencia de "relaciones universales" implica que prácticamente todas las estrellas de neutrones "se parecen", lo que significa que sus propiedades se pueden expresar en términos de cantidades adimensionales.

Los investigadores combinaron estas "relaciones universales" con datos sobre señales de ondas gravitacionales y la radiación electromagnética (kilonova) obtenida posteriormente durante la observación el año pasado de dos estrellas de neutrones fusionadas en el marco del experimento LIGO.

Esto simplifica enormemente los cálculos porque los hace independientes de la ecuación de estado. Esta ecuación es un modelo teórico para describir la materia densa dentro de una estrella que proporciona información sobre su composición a varias profundidades en la estrella. Tal relación universal, por lo tanto, jugó un papel esencial en la definición de la nueva masa máxima.

El resultado es un buen ejemplo de la interacción entre investigación teórica y experimental. "La belleza de la investigación teórica es que puede hacer predicciones. Sin embargo, la teoría necesita desesperadamente experimentos para reducir algunas de sus incertidumbres", dice el profesor Rezzolla en un comunicado.