Quanto Sono Grandi le Stelle di Neutroni?

27 Giu 2018 Quanto Sono Grandi le Stelle di Neutroni?

Gli astrofisici della Goethe University a Francoforte e del Frankfurt Institute for Advanced Studies sono riusciti a stimare la dimensione delle stelle di neutroni, tra gli oggetti più densi e compatti del cosmo, con un margine di errore di 1,5 chilometri.

I risultati, pubblicati su Physical Review Letters, sono stati realizzati utilizzando metodi statistici complessi supportati da dati ottenuti in seguito alla rilevazione di onde gravitazionali. Le stelle di neutroni, derivanti dal collasso gravitazionale di una stella massiccia, sono oggetti di piccole dimensioni, ma con elevatissima densità: hanno una massa maggiore di quella del Sole, ma il loro diametro è paragonabile a quello di una città. I dati ricavati dalla rilevazione delle onde gravitazionali emesse in seguito alla fusione di due stelle di neutroni, nel corso dell’evento GW170817, hanno fornito un contributo importante per risolvere il mistero relativo alla dimensione di questi oggetti estremi.

Il problema è che l’equazione di stato che descrive la materia all’interno delle stelle di neutroni è ignota. I fisici hanno deciso pertanto di seguire una strada differente: utilizzare metodi statistici per determinare la dimensione di questi oggetti entro limiti ristretti. Hanno modellato oltre due miliardi di modelli teorici delle stelle di neutroni, risolvendo le equazioni di Einstein che descrivono l’equilibrio di queste stelle, e hanno combinato questo vasto insieme di dati con i vincoli provenienti dalla rilevazione di onde gravitazionali nell’evento GW170817.

“Esplorando i risultati per tutti i valori possibili dei parametri, possiamo effettivamente ridurre l’incertezza”, spiega Luciano Rezzolla, a guida dello studio. I ricercatori hanno quindi potuto determinare il raggio di una tipica stella di neutroni entro un range di appena 1,5 km: il risultato è che il raggio di questi oggetti sferici iper-densi potrebbe variare tra 12 e 13,5 chilometri, un valore che potrebbe essere ulteriormente affinato grazie alla rilevazione futura di onde gravitazionali.

Tuttavia occorre tenere presente che a densità estremamente elevate, la materia potrebbe cambiare drasticamente le sue proprietà ed essere soggetta ad una “transizione di fase”, che converte la materia ordinaria in materia di quark. Le stelle in questo caso avranno la stessa massa delle stelle “gemelle” standard, il cui nucleo è composto di neutroni, ma saranno molto più piccole, e di conseguenza più compatte. Anche se non esiste una prova definitiva della loro esistenza, si tratta di soluzioni plausibili, e i ricercatori hanno tenuto in conto questa possibilità. I calcoli hanno rivelato un risultato inatteso: le stelle di quark sono rare statisticamente e non possono deformarsi in modo consistente durante la fusione di due stelle analoghe. La scoperta è importante, dal momento che permette agli scienziati di escludere potenzialmente l’esistenza di questi oggetti estremamente compatti. Future rilevazioni di onde gravitazionali potranno rivelare se le stelle di neutroni abbiano o meno queste gemelle particolarmente esotiche.
[ Barbara Bubbi ]

Nell’immagine illustrazione artistica di una stella di neutroni
Credit: Casey Reed/Penn State University/Wikimedia Commons

https://phys.org/news/2018-06-physicists-limits-size-neutron-stars.html

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