ESTRELLAS DE QUARKS

(Categoría = Final alternativo de una estrella)

Para llegar a la conclusión de qué son los Quarks y cómo de fundamentales son para entender este hipotético objeto, recomendamos la lectura de la siguiente nota en nuestra web titulada:
~ “Tesis de GAME 1ª – Partículas Sub-Atómicas” ~

Igual que todos hemos oído hablar acerca de las estrellas de neutrones, que son los núcleos de antiguas estrellas donde la presión es tan alta, que los electrones (-) y los protones (+), se han fusionado y confinado en una bola hasta solo formar una gran masa homogénea de neutrones (=) ; en este capítulo trataremos de averiguar si puede existir o no una estrella completamente hecha de Quarks, las sub-partículas atómicas que por excelencia conforman la masa y cualquier tipo de átomo.

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El proceso de creación de quarks se acostumbra a dar únicamente en zonas de altísimas presiones y temperaturas, si estos dos factores no se conjugan, los quarks como tales se disipan a los segundos de nacer, por lo que encontrar una estrella compuesta única o mayoritariamente por quarks ha sido una labor hasta ahora imposible, aunque hay candidatas que presumen tener un tanto por ciento más elevado.

Por lo general decimos que la composición de una estrella está diferenciada por los componentes químicos que tiene: hidrógeno, helio, carbono, y así sucesivamente hasta el hierro-56 (cuando la estrella ya no puede generar elementos más pesados y está condenada a explotar). Todos estos átomos están compuestos por un compuesto de quarks y gluones específicos que al juntarse, forman neutrones y/o protones.

* Retrocedamos: Recuerden que las “4 energías de la naturaleza”, están formados por diferentes tipos de bosones. Mientras que los denominados “Fermiones”, son aquellas partículas que conforman la masa, entre ellas los Quarks.
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En el caso de las conocidas estrellas de neutrones, tan solo algunas son lo suficientemente densas y masivas como para que en su núcleo, la cáscara o membrana que definen el perímetro de los neutrones se puedan llegar a romper. Durante este proceso se liberan diferentes partículas más pequeñas que o bien se disipan, o bien le dan una serie de características a la estrella que son únicas. Estas peculiaridades se captan gracias a impulsos radiofónicos o incluso variaciones esporádicas de luminosidad.

Las estrellas que tienen un alto porcentaje de masa en forma de “plasma quark-gluones” (una forma de plasma muy primitiva explicada en la nota), no mantienen su figura por la fuerza de la gravedad, sino por las propiedades energéticas de la interacción fuerte (una de las cuatro formas de energía). Las estrellas ultra-densas que se mantienen por la interacción nuclear fuerte, se llaman “autoligadas” y tienen un campo magnético tremendamente fuerte. Por lo general las estrellas con grandes proporciones de quarks que además son autoligadas, son mucho más densas que el resto, solo los magnetares, agujeros negros, y algún que otro prototipo de estrella hipotética que sufre reacciones nucleares internas muy peculiares, pueden llegar a ser más densas que una estrella de quarks.

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Hay aproximadamente una docena de estrellas descubiertas que tienen una alta composición de Quarks, algunas de ellas, se caracterizan por expulsar pequeñas cantidades de “Strangelets”, que son pequeños fragmentos de “materia extraña”.
La materia extraña, estaría compuesta por un conglomerado doblete o triplete de Quarks-S, dichos conglomerados adquirían las propiedades de un estado “metaestable”. Este estado permite a las sub-partículas prolongarse más tiempo antes de disiparse, como si formaran grumos de esta materia extraña*.

* ”Materia extraña” = Los quarks que forman la materia que conocemos, suelen ser los 3 más grandes, el Quark-U (up), el D (down) y el S (strange). Aunque hay una pequeña curiosidad, solo el Quark-D y el S pueden formar materia individualmente sin llegar a unificarse como un neutrón. El Quark-D podemos encontrarlo como condensado de Quarks-gluones, mientras que el Quark-S como “materia extraña”. Así que el nombre “extraño”, no implica “desconocido”, o al menos no más que el resto, es solo el nombre que reciben este tipo de Quarks.
( Extraído de = https://www.facebook.com/notes/grupo-amateur-de-meteorolog%C3%ADa-espacial/tesis-de-game-1%C2%AA-part%C3%ADculas-sub-at%C3%B3micas/763851077016533 )

Uno de los mecanismos para generar Quarks-S, es romper y fusionar los Quarks-U y –D. Estos últimos estarían sujetos a propiedades de interacción nuclear débil que al mezclarse con las propiedades de interacción nuclear fuerte del resto de la estrella, provocaría contracciones que enviarían partes del material de la estrella hacia afuera en torno a un hipotético disco formado en torno a ella, como si fuese un disco de acreción parecido al de los agujeros negros.

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Chandra observations of RX J1856.5-3754 suggest that the matter in this collapsed star is even denser than nuclear matter, the most dense matter found on Earth. X-ray and optical data indicate that RX J1856 has a diameter of only 7 miles. This size is too small to reconcile with the standard models of neutron stars. One exciting possibility is that the high density inside the star has caused the neutrons to dissolve into a soup of up, down, and strange quarks to form a strange quark star, which would have a smaller radius. Observations of 3C58, the remnant of a supernova noted on Earth in AD 1181, reveal that the pulsar in the core has a temperature much lower than expected. This suggests that an exotic, denser state of matter might exist inside this collapsed star.

Estrellas de neutrones como RX J1856.5-3754, situada en la constelación de la corona austral, es una de las que se suponen estar formadas de quarks, ya que es una estrella aislada sin ningún signo de supernova remanente, por lo que se deduce que tiene más de 100.000 años.
Por lo general el gran campo magnético que sostiene a estas estrellas suele ser tan denso que se desmorona con los pocos años, dado que los rayos-X procedentes de esta estrella nos muestran temperaturas superiores a los 700.000Cº (comparado con los poco más de 5.000Cº del Sol), todavía es un misterio el motivo por el que no se enfría y su temperatura superficial sigue siendo tan alta. Observaciones posteriores muestran que parte del material de esta estrella circula uniformemente cerca de ella, por lo que el medio interestelar se calienta en sus proximidades y prolonga su esperanza de vida.

Otro ejemplo muy destacado de estrella de quarks, sería el púlsar 3C58 , situado en la nebulosa Sincroton, circundante a la Vía Láctea a unos 10.000 años luz de aquí en dirección Cassiopeia.
Estudios realizados con el Observatorio de rayos-X Chandra, muestran que el púlsar central (PSR J0205+6449) es una estrella de neutrones en rápida rotación, rodeada por un brillante disco proto-nebuloso emisor de rayos-X. Un chorro de rayos-X surge en ambas direcciones desde el centro del púlsar, extendiéndose a lo largo de varios años luz, pulsando muy rápido cada 66 milisegundos en longitudes de onda de radio.
Observaciones actuales evidencian que la superficie del púlsar se ha enfriado, llegando a ser algo inferior a 1.000.000 K. La superficie relativamente “fría”, fue una sorpresa para los astrofísicos, ya que la teoría estándar predice una superficie mucho más cálida para una edad de sólo 830 años.
El enfriamiento de una estrella de neutrones se debe a las colisiones entre neutrones y otras partículas subatómicas en su denso interior, estas colisiones producen neutrinos que disipan la energía a medida que escapan de la estrella. La excesiva velocidad de enfriamiento de 3C58 indica que la interacción entre neutrones y protones no es bien entendida en las condiciones extremas de los púlsares, o que se encuentra presente alguna forma exótica de materia subatómica. En este sentido, se ha propuesto que 3C58 puede no ser una estrella de neutrones, sino una estrella de quarks, estrella exótica en la que, debido a la alta densidad, la materia existe en forma de quarks desconfinados.

Un último ejemplo de posible estrella de quarks sería XTE J1739-285, en la constelación de Ophiuchusa 39.000 años luz de aquí. En una primera observación en 1999, detectaron que era la estrella de neutrones que más rápido giraba sobre si misma, a unas 67.320 revoluciones por minuto. Observaciones posteriores han demostrado que la velocidad de esta estrella oscila bruscamente sin saber porque, mientras tiende a la baja. Es sabido que la producción de partículas “Strangelets” (Los grumos de materia extraña), generan fluctuaciones notables en el comportamiento de la estrella, en el caso de ésta última, todavía no se ha logrado deducir un patrón de conducta ya que la observamos en un proceso interno de inestabilidad que no sabemos cómo terminará.

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El resto de posibles estrellas de quarks tienen emisiones en rayos-X y gamma muy individualizadas, lo que da a pensar que se genera “materia extraña” en su interior.

Versión Original = cristian@meteorologiaespacial.es
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English Version = fatima@meteorologiaespacial.es

12 – Quark star

(Category = Alternative Ending of a star)

To conclude what Quarks are and how they are fundamental to understanding this hypothetical object, we recommend you to read the following note on the website entitled:

~  “Tesis de GAME 1ª – Partículas Sub-Atómicas” ~

We have all heard about neutron stars, which are the cores of ancient stars where the pressure is so high that the electrons (-) and protons (+) have been merged into a ball and confined to form only a homogeneous mass of neutrons (=).

In this chapter we will try to find out if there may be or not a star completely made of quarks (sub-atomic particles that make up the mass and any type of atom).

The process of creating quarks is customary to give only in areas of high pressures and temperatures. If these two factors are not combined, quarks dissipate few seconds after their birth. So finding a single star or mostly composed by quarks has been a labour impossible till this moment, although there are candidates who claim to have a higher percentage.
Usually we say that the composition of a star is differentiated by the chemical components that it has: hydrogen, helium, carbon, and so on up to iron-56 (when the star can no longer generate more and it is doomed to explode). These atoms are composed of a specific compound of quarks and gluons that when they coupled they form neutrons and / or protons.

* Going back: Remember that the “four powers of Nature” are composed of different types of bosons. While that the so-called “fermions” are those particles that make up the mass, including Quark.

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In the case of the known neutron stars, only some of them are sufficiently dense and massive so that at its core, the skin or membrane that defines the perimeter of the neutrons can reach break. During this process different smaller particles dissipate or give a number of unique features to the star. These characteristics are acquired thanks to radio pulses or sporadic variations in brightness.
The stars that have a high percentage of mass into a quark-gluon plasma (a very primitive form of plasma explained in a note), do not keep their figure by force of gravity, but the energetic properties of the strong interaction (one of the four forms of energy. The ultra-dense stars held by the strong nuclear force, are called” auto-linked “and they have an extremely strong magnetic field. Usually the stars with large proportions of quarks that are further auto-linked they are much denser than the rest. Only magnetars, black holes and some other hypothetical prototype star that suffers peculiar internal nuclear reactions can become denser than a quark star.
There are about a dozen stars discovered that have high Quarks composition. Some of them are characterized by expelling small amounts of “Strangelets” which are small fragments of “foreign matter”.
The foreign matter would be composed of a doublet or triplet conglomerate of Quarks-S. These conglomerates would acquire the properties of a “metastable” state. This state allows the sub-particles extend longer before dissipating, as if they form lumps of this strange matter.

* “Foreign matter” = the quarks that form matter as we know, usually they are the 3 largest: the Quark-U (up), the D one (down) and the S one (strange). Although there is a bit of curiosity: only Quarks D and S can form matter individually without being unified as a neutron. Quark-D can be found it as a quark-gluon condensate, while the Quark-S as “foreign matter”. So the “strange” name does not mean “unknown” or at least no more than the rest, it is just the name given to this type of Quarks.
(Extracted from = https://www.facebook.com/notes/grupo-amateur-de-meteorolog%C3%ADa-espacial/tesis-de-game-1%C2%AA-part%C3%ADculas-sub-at%C3%B3micas/763851077016533 )

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One mechanism for generating S Quarks is to break and fuse the Quarks U and D. These last ones would be subject to weak nuclear interaction properties that when mixed with strong nuclear properties of the rest of the star cause contractions that send parts of the star material out around a hypothetical disc formed around it, as if it were an accretion disk like black hole.

Neutron stars as RX J1856.5-3754, located in the constellation Corona Australis, it is one that is supposed to be formed of quarks, because it is an isolated star with no sign of supernova remnant, so it follows which has more than 100,000 years. Usually the large magnetic field holding these stars is often so dense that crumbles few years after. The X-rays coming from that star show temperatures above 700,000Cº (compared with just over 5,000 Cº of the Sun). It is still a mystery why it is not cooled and its surface temperature is still so high. Further observations show that some of the material flows evenly this star on it, so the interstellar medium is heated in the vicinity and it prolongs life expectancy.

Another very prominent example of quark star it would be the 3C58 pulsar, located in the Synchrotron nebula, surrounding the Milky Way about 10,000 light years away toward Cassiopeia.
Studies with X-ray Chandra Observatory show that the central pulsar is a neutron star in a rapidly rotating disc, surrounded by a bright proto-nebulous X-rays transmitter. A stream of X-rays arises in both directions from the center of the pulsar, extending over several light years, pulsing very fast every 66 milliseconds in radio wavelengths.
Current observations show that the surface of the pulsar has cooled, becoming something less than 1,000,000 K. The relatively “cold” surface was a surprise to astrophysicists, because the standard theory predicts a much warmer surface for an age of only 830 years old.

The cooling of a neutron star is due to collisions between neutrons and other subatomic particles in their dense inside. These collisions produce neutrinos that dissipate energy as they escape from the star. The excessive cooling rate of 3C 58 indicates that the interaction between neutrons and protons is not well understood in the extreme conditions of pulsars, or that there is presence of some exotic form of subatomic matter. In this sense, it is proposed that 3C 58 may not be a neutron star, but a quark star, exotic star where, due to the high density matter, matter exists in the form of not confined quarks.

A final example of a possible quark star may be XTE J1739-285, in the Ophiuchusa constellation, 39,000 light years from here. In a first observation in 1999, they found that the neutron star turned on itself so fast, about 67,320 rpm. Subsequent observations have shown that the speed of this star varies sharply without knowing why, while tending lower. It is known that the production of “Strangelets” particles (the clumps of foreign matter) generate considerable fluctuations in the star behaviour. In the case of the last one, it has not yet been achieved to deduce a conduct pattern because we observe it in an internal process of instability that we do not know how it will end.

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The rest of possible quark stars have X and gamma rays emissions very individualized and it is possible that “foreign matter” is generated inside.

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