La densidad de la materia en el Universo

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  • 9 April 2022
  • Germán Fernández

Mirar al cielo en una noche estrellada......

El Osmio es el metal más denso que se encuentra en la tierra con una masa de 22.6 kg por litro. El líquido más denso es el Mercurio, un litro tiene una masa de 13.69 kg. Incluso los elementos de mayor densidad están prácticamente vacíos.

Imaginemos que un átomo de Osmio, Mercurio o cualquier otro elemento tiene el tamaño de un gran estadio de fútbol, su núcleo sería un guisante en el punto central y los electrones más externos se verían como cabezas de alfiler en las últimas gradas. Por tanto, incluso un metal es susceptible de comprimirse dado que su interior es vacío. A presiones moderadas consideramos que sólidos y líquidos no son compresibles ya que la repulsión de los electrones impide que el átomo disminuya su tamaño y apenas se observa variación del volumen con la presión. Sin embargo, a presiones altas si se observa una fuerte compresión de los sólidos.

Un ejemplo lo tenemos en las enanas blancas, resultado de la muerte de una estrella de masa similar al Sol. La fuerza gravitatoria a la que está sometida la materia contrae los átomos, acercando entre sí los electrones, lo que aumenta la densidad de la materia de forma sorprendente. Un litro de la materia presente en una enana blanca tiene una masa de 1000 toneladas, o si prefieres una cucharadita de enana blanca equivaldría a una tonelada.

Pero cuando la estrella tiene una masa comprendida entre 1,35 y 2.1 masas solares, colapsa generando tal gravedad que los electrones son "apretados" contra el núcleo, siendo absorbidos por los protones que se transforman en neutrones. Así la materia de estas estrellas moribundas está formada por neutrones y su densidad se dispara a valores estratosféricos. Un litro de una estrella de neutrones tiene una masa de 100 000 000 000 toneladas, densidad comparable con un Boeing 747 comprimido al tamaño de un grano de arena.

La gravedad en el núcleo de la estrella de neutrones podría incluso colapsar los propios neutrones, dando lugar a un núcleo de quarks. Incluso se especula que puedan existir estrellas de quarks con densidades de 1000 000 000 000 de toneladas por litro.

La situación extraordinaria se produce cuando una estrella tiene una masa superior a 30-40 masas solares, en este caso el colapso gravitacional no puede ser frenado por ningún constituyente elemental de la materia, los propios quarks son vencidos y colapsan hacia lo desconocido, dando lugar a los famosos agujeros negros.

¿Qué forma crees que adopta la materia en un agujero negro?