Sociedad

¿Cuál es el material más denso del universo?

«Eres más pesado que la materia degenerada de las estrellas de neutrones» no es una expresión muy pegadiza.

Recreación artística de una estrella enana blanca, unos de los objetos más densos conocidos.
Recreación artística de una estrella enana blanca, unos de los objetos más densos conocidos.NASA’s Goddard Space Flight Center/Scott WiessingerNASA’s Goddard Space Flight Center/Scott Wiessinger

El plomo es un metal muy denso. De hecho, su gran densidad le ha ganado un puesto en el refranero popular con la expresión «más pesado que el plomo». Pero algunos materiales que se pueden encontrar en el espacio hacen que, en comparación, el plomo nos parezca liviano como el aire.

Cuestión de átomos

Hay varios factores que determinan la densidad de un elemento, pero, en muy resumidas cuentas, este parámetro depende sobre todo del tamaño y la masa que tienen sus átomos. El tamaño de un átomo lo determina el diámetro de su órbita más externa de electrones, mientras que su masa es principalmente el resultado de la cantidad de protones y neutrones que alberga su núcleo. Dicho de otra manera: cuanto más masivos sean los núcleos de los átomos de un elemento y menor sea su diámetro, más masa podrán concentrar en un espacio menor y más denso será el elemento en cuestión.

Pongamos como ejemplo el aluminio y el plomo. Los átomos de aluminio sólo poseen 27 partículas en su núcleo entre protones y neutrones, mientras que los de plomo contienen entre 204 y 208. Además, los átomos de aluminio tienen un radio de 125 picómetros, pero los de plomo rondan los 180 picómetros. Es decir, que, aunque los átomos de plomo son unas 7 veces más masivos que los de aluminio, su radio es sólo un 50% mayor. Por eso el plomo es mucho más denso que el aluminio: sus átomos son proporcionalmente más masivos respecto a su volumen y, por tanto, son capaces de concentrar más masa en el mismo espacio.

Para poner cifras al asunto, una botella de agua de 1 litro llena de aluminio pesaría unos 2,7 kilos. En cambio, esa misma botella con el mismo volumen llena de plomo pesaría 11,3 kilos. Pero la densidad del plomo ni siquiera es particularmente alta en comparación con la de otros metales menos cotidianos: la densidad del oro es de 19,3 kg/L, la del platino ronda los 21,4 kg/L y la del osmio, el metal más denso conocido, es de 22,6 kg/L.

Pero incluso estas cifras palidecen ante los materiales que se pueden encontrar en otros cuerpos celestes.

Materia comprimida

En condiciones de presión y calor extremos, los átomos pueden perder parte de sus electrones y acabar lo bastante «aplastados» como para que sus núcleos se acerquen mucho más de lo que lo harían en condiciones normales. Como resultado, la materia que está sometida a estas condiciones alcanza densidades mucho más altas porque su masa acaba concentrada en un espacio mucho más reducido. Sin ir más lejos, los átomos de hidrógeno y helio que componen la mayor parte del núcleo solar están tan «apretujados» por la gravedad del Sol que un sólo litro de material de esta zona pesa unos 150 kilos.

Pero la materia se puede comprimir muchísimo más. A medida que una estrella como el Sol agota su combustible, sus capas externas se dispersan por el espacio y su núcleo se colapsa sobre sí mismo, formando una bola de materia degenerada del tamaño de un planeta rocoso. Estos objetos compactos se llaman estrellas enanas blancas y su material está tan comprimido que lo único que impide que sus núcleos atómicos se acerquen más entre ellos es un fenómeno mecánico-cuántico llamado principio de exclusión de Pauli que repele con fuerza los electrones. Para que os hagáis una idea de lo denso que es el material de las enanas blancas, un sólo litro de esta sustancia degenerada pesaría 1 000 millones de kilos… 88 millones de veces más que el mismo volumen de plomo.

Pero esa marca se puede mejorar aún más.

Sopa de neutrones

Las estrellas que son mucho más masivas que el Sol sufren un destino distinto cuando agotan su combustible: su núcleo se comprime más allá de lo que permite el principio de exclusión de Pauli y toda su masa acaba comprimida en una esfera de alrededor de 10 kilómetros de diámetro. Estas bolas ultra-compactas se llaman estrellas de neutrones y su campo gravitatorio es tan intenso que obliga a los electrones de la materia que las compone a combinarse con los protones, formando una «sopa» de neutrones separados por distancias minúsculas. De hecho, la masa de estos objetos está tan concentrada que un solo litro del interior de una estrella de neutrones pesaría alrededor de 100 000 billones de kilos. En términos relativamente cotidianos, eso equivale a la masa de unos 200 millones de Burj Khalifa (el edificio más alto del mundo) concentrados en una botella de agua mediana.

Por tanto, a falta de confirmar que existan objetos aún más densos cuya densidad aún se desconoce, como las hipotéticas estrellas de quarks, parece que la materia degradada de las estrellas de neutrones es el material más denso conocido del universo... De momento.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • Las estrellas de quarks son unos objetos hipotéticos que podrían estar hechos de un material aún más denso que el de las estrellas de neutrones. Sin embargo, aún no se ha confirmado la detección de ninguna estrella de quarks.