Il collasso di una stella di neutroni

Le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più estremi e affascinanti presenti nel nostro Universo: questa stella ha una massa che è fino a due volte quella del Sole, ma un raggio di soltanto una dozzina di chilometri: quindi ha un’enorme densità, migliaia di miliardi di volte superiore all’elemento più denso sulla Terra.

Una proprietà importante delle stelle di neutroni, che le distingue dalle stelle normali, è che la loro massa non può crescere senza limiti. Infatti, se una stella non rotante aumenta la sua massa, anche la sua densità aumenterà. Normalmente questo porterà ad un nuovo equilibrio e la stella può vivere stabilmente in questo stato per migliaia di anni. Questo processo, tuttavia, non si può ripetere all’infinito e la stella in corso di accrescimento raggiungerà una massa al di sopra del quale nessuna pressione fisica impedirà il collasso gravitazionale in buco nero. La massa critica quando questo avviene è chiamata “massa massima” e rappresenta un limite superiore alla massa che può avere una stella di neutroni non rotante.

Tuttavia, una volta raggiunta la massa massima, la stella ha un’alternativa al collasso: può ruotare.
Una stella rotante, infatti, può supportare una massa maggiore rispetto a quando non ruotava, semplicemente perché la forza centrifuga aggiuntiva può contribuire a bilanciare la forza gravitazionale. Anche in questo caso, tuttavia, la stella non può essere arbitrariamente massiccia perché un aumento della massa deve essere accompagnato da un incremento nella rotazione e vi è un limite alla velocità a cui una stella può ruotare prima di rompersi. Quindi, per ogni stella di neutroni c’è un limite massimo di massa ed è dato dalla massa massima della stella di neutroni che ruota alla massima velocità.

La determinazione di questo valore è difficile perché dipende dall’equazione di stato della materia che compone la stella e questa è ancora essenzialmente sconosciuta. A causa di questo, la determinazione di questo limite per una stella di neutroni è un problema irrisolto da decenni.

La situazione è cambiata con un recente lavoro pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, in cui è stato trovato che è possibile prevedere la massa massima che una stella di neutroni in rapida rotazione può raggiungere semplicemente prendendo in considerazione la massa massima della corrispondente configurazione non rotante.

“È abbastanza singolare che un sistema complesso come una stella di neutroni in rotazione possa essere descritto da una semplice relazione del genere”, dichiara il Prof. Luciano Rezzolla, uno degli autori della pubblicazione, della Goethe University di Francoforte. “Sorprendentemente, ora sappiamo che anche la rotazione più veloce può tutt’al più aumentare la massa massima del 20%”, osserva Rezzolla.

Anche se un gran numero di modelli stellari sono stati eseguiti per ottenere questo risultato, l’essenziale in questa scoperta era valutare questi dati in modo corretto. Più specificamente, è stato necessario comprendere che se rappresentati con una corretta normalizzazione, i dati si comportano in modo universale, cioè in modo sostanzialmente indipendente dall’equazione di stato.

Il comportamento universale trovato per la massa massima è parte di una più ampia classe di relazioni universali trovate di recente per le stelle di neutroni. In questo contesto, Breu e Rezzolla hanno anche proposto un modo migliore per esprimere il momento di inerzia di queste stelle rotanti in termini di compattezza. Una volta che osservazioni del momento di inerzia saranno possibili attraverso la misurazione di pulsar binarie, il nuovo metodo permetterà di misurare il raggio stellare con una precisione del 10% o meno.

http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2016/04/neutron-stars-critical-mass-triggers-its-collapse-morphing-into-a-black-hole.html