Una cucharada de materia que pesa mil millones de toneladas

Toda la materia que compone al Universo, desde las estrellas y los planetas hasta complejas formas de vida como los humanos, se encuentra formada por átomos. En el siglo XIX los científicos consideraban al átomo como el bloque básico e indivisible de toda la materia. Con el advenimiento de la física nuclear en el siglo XX, se comprobó que éstos a su vez se encuentran formados por partículas más pequeñas: neutrones, protones y electrones. Pero no conformes con esto, seguimos hurgando más profundo en la estructura atómica y encontramos un nivel más: los quarks, las partículas más elementales identificadas hasta el momento que constituyen a los neutrones y protones de los núcleos atómicos. Me pregunto si podremos algún día seguir descomponiendo la materia, y encontrar de qué están hechos los quarks (si es que existen dichas partículas).

Pero dejando a un lado el asunto de las diferentes partículas subatómicas, veremos de forma muy amplia y genérica, cuál es la estructura y composición principal de los átomos. Al analizar un átomo se observa que el 99% de su masa se encuentra concentrada en el núcleo atómico, compuesto de neutrones y electrones protones; y orbitando a distancias subatómicas increíblemente gigantescas del núcleo se encuentran los electrones, con una masa ínfima en comparación al núcleo. Algo increíble acerca de la estructura de los átomos es que los mismos son en su mayor parte espacio vacío. Para comprender las relaciones de tamaños que se dan a escalas subatómicas, si considerásemos a un átomo como un estadio de futbol, entonces el núcleo del mismo (donde se encuentra el 99% de su masa) sería una pequeña pelota colocada en el centro de dicho estadio y los electrones serian granos de arena girando a la distancia de las tribunas; el resto es vacío.



Lo que acabamos de describir es la estructura normal de los átomos, pero bajo ciertas circunstancias extremas estas condiciones pueden cambiar. Y esto nos lleva a plantearnos la cuestión principal de este artículo, señalada en el título. Los humanos estamos acostumbrados a que una cucharada de cualquier material, sea el que sea, pese algunos gramos, quizás algunos kilos, dependiendo del material y del tamaño de la cuchara, por supuesto. Lo que nunca podríamos imaginarnos es tomar una cucharada de algún material presente en la Tierra y que éste pesase mil millones de toneladas. Pues bien, esta es una posibilidad real si nos topáramos con uno de los objetos más extraños del Universo, como veremos a continuación.

Cuando una estrella masiva explota en el evento conocido como supernova (ver artículo anterior para más información) el núcleo de la misma permanece intacto, y a partir de ese momento la fuerza de gravedad hace todos los intentos por destruirlo. La gravedad encuentra la manera de vencer la tendencia de los electrones de rechazarse entre sí, y lo hace combinando los electrones con los protones para convertirlos en neutrones, proceso llamado neutronización. La fuerza de gravedad y la presión son tan extremas que el inmenso espacio vacío que antes componía a cada uno de los átomos desaparece y todos los núcleos atómicos entran (casi) en contacto entre sí. Tenemos entonces un objeto formado casi por completo por neutrones y la fuerza de gravedad parece vencer en su objetivo de destruirlo, ya que puede seguir hundiendo el sistema ahora que no hay electrones que lo impidan. Pero resulta que los neutrones tampoco se gustan entre sí y ejercen una fuerza opuesta a la gravedad en su intento por repelerse, y al final volvemos a tener un objeto estable, solo que mucho más pequeño y denso, conocido como estrella de neutrones. Comparadas con las estrellas comunes, las estrellas de neutrones son ínfimas, tan pequeñas que algunas tienen un diámetro de hasta 15 kilómetros. Para tratar de imaginarnos esto, pensemos en una estrella con una masa 1,5 veces superior a la del Sol, y que comprimiésemos toda esa materia en un espacio muy pequeño, del tamaño de una ciudad: de esa forma acabaríamos de “fabricar” una estrella de neutrones. Tal cantidad de materia en un espacio tan pequeño significa que estamos hablando de objetos de una altísima densidad: una cucharada de materia de una estrella de neutrones pesaría mil millones de toneladas.


Las estrellas de neutrones son uno de los objetos más raros y fascinantes del universo. Un ser humano que pesase en la Tierra unos 70 kg tendría en una estrella de neutrones algo así como 10.000 millones de toneladas; por supuesto su cuerpo no soportaría tal presión y sería aplastado contra la superficie de la estrella. Las estrellas de neutrones giran a velocidades increíbles, llegando a centenares de vueltas por segundo; fue esta rápida rotación lo que permitió a los astrónomos identificarlas.

De modo análogo y como dato interesante, si pudiéramos aplicar el mismo proceso de neutronización que ocurre en las estrellas de neutrones a otros objetos, quitando todo el espacio vacío existente en los átomos, resultarían de la siguiente manera:

• El planeta Tierra: toda su materia quedaría reducida a una esfera de unos 130 metros de diámetro.
• El Sol: toda su materia comprimida pasaría a medir unos 13,7 kilómetros de diámetros.
• Los seres humanos: toda la materia que compone a todos los seres humanos existentes quedaría comprimida en el tamaño de un cubo de azúcar.
• Toda la materia conocida del Universo: obtendríamos una esfera de sólo algunos cientos de millones de kilómetros de diámetro, que cabría cómodamente dentro del cinturón de asteroides del sistema solar.

Fuentes:

• A Brief History of Time. Stephen Hawking. Bantam; 10 Anv edition. 1998.
• Isaac Asimov's Guide to Earth and Space. Isaac Asimov. Fawcett; First Thus edition. 1992.
• The Universe (documentary television series). History Channel. 2007.