Nelle Stelle di Neutroni Domina la Minoranza

Nelle Stelle di Neutroni Domina la Minoranza

Secondo un nuovo studio la piccola frazione di protoni presente nelle stelle di neutroni può avere un’influenza fondamentale sulle proprietà e sul comportamento di questi oggetti estremi, inclusi processi violenti che le coinvolgono, come fusioni stellari.

Le stelle di neutroni sono residui di violente esplosioni di stelle massicce giunte al termine della loro vita, oggetti eccezionalmente densi e compatti, in cui una massa simile a quella del Sole si addensa in un resto stellare delle dimensioni di una piccola città. Questi oggetti estremi prendono il loro nome dal fatto che sono quasi interamente composti da neutroni, ma contengono anche una piccola frazione (circa il 5 percento) di protoni. Un nuovo studio indica che tali protoni, pur se in numero ridotto, possono avere un’influenza fondamentale sulle proprietà della stella, come dimensione, temperatura e rigidità. La scoperta, pubblicata su Nature, è stata realizzata da scienziati della Collaborazione Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) Large Acceptance Spectrometer (CLAS), che include ricercatori del MIT, della Tel Aviv University, e della Old Dominion University.

I dati utilizzati dal team non derivano da osservazioni di stelle di neutroni, ma da analisi di  nuclei atomici effettuate in laboratorio. Anche se i nuclei atomici non sono densamente impacchettati come nelle stelle di neutroni, sono più semplici da osservare e possono fornire indizi sui processi in atto in alcuni tra gli oggetti più estremi dell’Universo. L’influenza che una piccola porzione di particelle può avere in un oggetto così massiccio è dovuta a un processo chiamato correlazione a corto raggio. Nel nucleo di un atomo, protoni e neutroni si addensano in uno spazio limitato. Quando queste particelle si muovono, possono venire a contatto e interagire tra loro, in una correlazione a corto raggio. Se invece di un nucleo atomico consideriamo una stella di neutroni, questa volta le particelle sono in gran parte neutroni e lo spazio in cui si muovono è molto più grande. Anche qui protoni e neutroni possono venire a contatto e interagire tra loro.

La scoperta del team risiede nel fatto che in tali correlazioni a corto raggio i protoni sono in grado di trasportare più energia dei neutroni. “Pensiamo che quando si ha un nucleo ricco di neutroni, i protoni si muovano più velocemente dei neutroni, quindi in un certo senso i protoni guidano l’azione”, spiega Or Hen del MIT. “Anche se i protoni sono in minoranza nella stella, pensiamo che la minoranza comandi. Sembra che i protoni siano molto attivi e riteniamo che possano determinare varie proprietà della stella”. Sia coppie protone-neutrone che coppie neutrone-neutrone possono sperimentare interazioni. Nel corso di un esperimento i ricercatori hanno osservato il comportamento di atomi di carbonio, alluminio e ferro bombardati con fasci di elettroni, cercando segni di correlazioni a corto raggio causate da accoppiate neutroni-protoni. Al crescere del rapporto tra numero di neutroni e protoni, è aumentata anche la probabilità della combinazione neutrone-protone. Ma, a dispetto del numero di neutroni disponibile, la probabilità dell’accoppiamento neutrone-neutrone è rimasta costante.

Il team ha scoperto che, all’aumentare del numero dei neutroni, aumentava la probabilità che fossero proprio i protoni ad interagire, guadagnandosi letteralmente il predominio per influenzare nelle stelle di neutroni le loro proprietà generali, nonostante il piccolo numero. “Il nostro studio relativo a nuclei ricchi di neutroni indica che dobbiamo riconsiderare il ruolo giocato dalla piccola frazione di protoni presente nelle stelle di neutroni e il suo impatto sui processi che coinvolgono queste stelle. La scoperta può rivoluzionare la comprensione del comportamento delle stelle di neutroni”, conclude Eli Piasetzky, tra gli autori dello studio.
[ Barbara Bubbi ]

Credit NASA’s Goddard Space Flight Center

http://astronomy.com/news/2018/08/minority-rules-in-neutron-stars