Ocho extremos: Lo más denso en el Universo

Ilustración artística del agujero negro de M87.
Crédito: Observatorio Gemini/AURA/Lynette Cook

A las modestas temperaturas y presiones de la superficie de la Tierra, el material más denso conocido es el elemento metálico osmio, que contiene 22 gramos en un centímetro cúbico, o más de 100 gramos en una cucharadita. Sin embargo, incluso el osmio está repleto de 'pelusas' en forma de nubes de electrones que separan el denso núcleo atómico. Aunque enrarecidas, estas nubes son robustas, e incluso las inmensas presiones en las profundidades del planeta sólo pueden comprimir materia sólida en un grado moderado.

Podemos encontrar una mayor presión dentro del colapsado núcleo de una estrella gigante, un remanente que conocemos como estrella de neutrones. Allí, la materia se encuentra en alguna forma exótica y ultra-densa; muy probablemente neutrones, y posiblemente algunos protones y electrones, muy juntos unos con otros. Un metro cúbico de "neutronio"^[1] del centro de una estrella de neutrones podría tener una masa de hasta 10¹⁸ kilogramos, o un millón de mil millones de toneladas.

Un material hipotético incluso más denso podría existir en los núcleos de las estrellas de neutrones: materia hecha de quarks, en la que protones y neutrones se disuelven en sus partículas constituyentes. Sin embargo, la evidencia más reciente está en contra de ello. Dos estrellas de neutrones recientemente descubiertas son tan pesadas que probablemente dejan un núcleo de quark en el olvido. Las pistas sobre lo que realmente hay en el corazón de una estrella de neutrones pueden venir desde los estudios de los llamados "terremotos estelares", las vibrantes explosiones de energía que ocurren cuando la corteza de una estrella de neutrones se rompe.

El neutronio, o tal vez materia de quarks, pueden ser la forma más densa de materia en el cosmos, pero tales objetos probablemente no son los más densos. Si una estrella de neutrones se comprime incluso más se volverá un agujero negro. No todo el agujero negro es particularmente denso: de hecho los más grandes, como se ha podido determinar mediante la medición de sus horizontes de sucesos, son bastante tenues. Un agujero negro supermasivo en la cercana galaxia M87 tiene una masa de 6.400 millones de veces la del Sol, pero una densidad de sólo 0,37 kilogramos por metro cúbico, lo que lo hace más ligero que el aire. En el otro lado, el agujero negro más pequeño conocido -una pequeñez llamada XTE J1650-500- tiene sólo 3,8 veces la masa del Sol, pero su densidad es algo más de 10¹⁸ kilogramos por metro cúbico. El encontrar una de estas deformaciones del espacio-tiempo que son sólo un poco más pequeñas, superará al neutronio en el enfrentamiento de densidades.

También pueden haberse forjado agujeros negros microscópicos durante el Big Bang, cuando las fluctuaciones cuánticas en un enormemente denso denso universo pueden haber llevado a regiones a ser tan densas que colapsaron. Tales micro-agujeros pueden ser revelados en repentinos estallidos de radiación: si es así, esto puede darnos una idea de la magnitud de las fluctuaciones cuánticas en el universo naciente, y, tal vez, qué procesos realmente provocaron el Big Bang.

Dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro, las cosas se vuelven aún más extrañas. La teoría de la relatividad nos dice que la masa es llevada a un punto matemático de densidad infinita, aunque la teoría, casi con certeza, se derrumba en tales extremos donde los efectos cuánticos comienzan a afectar el espacio-tiempo. Aquí, donde la gravedad se encuentra con el mundo cuántico, está la gran frontera de la física fundamental. Esto es así considerando que tales extremos como la singularidad de un agujero negro son lo que los teóricos esperan para comprender las bases más profundas de la realidad.

¿Oculta el corazón de un agujero negro una 'bola de pelusa' de cuerdas en vibración? ¿O un agujero de gusano cuántico? No lo sabemos, pero cálculos aproximados sugieren un límite superior en su densidad de 5×10⁹⁶ kilogramos por metro cúbico, llamado densidad de Planck. Si realmente es así, lo más denso en el Universo puede, probablemente, no ser más denso que eso, .

Nota:
[1] El neutronio, también llamado "elemento cero" es un término creado por Andreas von Antropoff en 1926 para referirse a una sustancia teórica formada sólo por neutrones, es decir, un elemento químico sin protones, que ocuparía el número atómico cero en la tabla periódica. Como término científico aceptado, se llama neutronio a la masa compacta de neutrones que se forma en el interior de las estrellas de neutrones. La masa se forma cuando los núcleos sobrecargados de neutrones los pierden, dejándolos libres. La masa creada por dichos neutrones es el neutronio. [de Wikipedia]

Fuente

Los ocho extremos:

-Lo más frío
-Lo más rápido
-Lo más brillante
-Lo más caliente
-Lo más redondo
-Lo más oscuro
-Lo más denso
-Los más grandes