Quanto Possono Essere Massicce le Stelle di Neutroni?

16 Gen 2018 Quanto Possono Essere Massicce le Stelle di Neutroni?

Gli astrofisici della Goethe University Frankfurt hanno fissato un limite per la massa massima raggiungibile dalle stelle di neutroni: 2,16 masse solari.

Sin dalla loro scoperta negli anni ’60 gli scienziati si sono domandati quanto possano in realtà diventare massicce le stelle di neutroni. Al contrario dei buchi neri, questi oggetti estremi non possono acquisire massa arbitrariamente: dopo un certo limite non esiste in natura una forza fisica che possa contrastare la loro possente forza gravitazionale. Per la prima volta gli astrofisici sono riusciti a calcolare un limite superiore preciso per la massa massima delle stelle di neutroni non rotanti.

Queste stelle estreme, con un raggio di circa 12 chilometri e una massa che può arrivare a 2 volte quella del Sole, sono tra gli oggetti più densi dell’Universo, producendo campi gravitazionali paragonabili a quelli dei buchi neri. Anche se gran parte delle stelle di neutroni ha una massa attorno a 1,4 volte quella del Sole, esistono esempi massicci, come la pulsar PSR J0348+0432 con una massa pari a 2,01 masse solari. La densità di queste stelle è straordinaria, come se l’intera catena Himalayana fosse compressa in un boccale di birra. Tuttavia ci sono indizi che una stella di neutroni con una massa massima potrebbe collassare in un buco nero se acquisisse anche un solo neutrone in più. Ora i ricercatori hanno scoperto che la massa massima per una stella di neutroni non rotante non può eccedere le 2,16 masse solari.

Le basi per questo risultato sono state fornite dall’approccio a “relazioni universali”, sviluppato a Francoforte pochi anni fa: se rappresentati con una corretta normalizzazione, i dati si comportano in modo universale, cioè in modo sostanzialmente indipendente dall’equazione di stato. L’esistenza di tali relazioni implica che praticamente tutte le stelle di neutroni si assomiglino, il che significa che le loro proprietà possono essere espresse in termini di quantità adimensionali. I ricercatori hanno combinato queste relazioni universali con dati ottenuti grazie all’osservazione dell’evento GW170817, dovuto alla fusione di due stelle di neutroni, che ha generato onde gravitazionali rilevate da LIGO e successiva radiazione elettromagnetica rilevata da una moltitudine di telescopi.

I calcoli resi indipendenti dall’equazione di stato risultano notevolmente semplificati. Le equazioni di stato descrivono le proprietà dei sistemi fisici in funzione di alcune variabili, come volume, temperatura, pressione, quantità di particelle: è un modello teorico per descrivere la materia densa all’interno di una stella che fornisce informazioni sulla sua composizione. Tale approccio universale ha giocato un ruolo essenziale nel definire la nuova massa massima.

Il risultato è un buon esempio dell’interazione tra ricerca teorica e sperimentale. Poco tempo dopo la pubblicazione dello studio su The Astrophysical Journal, con primo autore il Professor Luciano Rezzolla, gruppi di ricerca statunitensi e giapponesi hanno confermato queste scoperte, nonostante avessero seguito sinora approcci diversi e indipendenti. Future osservazioni di eventi come fusioni di stelle di neutroni consentiranno di ridurre le incertezze sulla massa massima e portare ad una maggiore comprensione del comportamento della materia in condizioni estreme.
[ Barbara Bubbi ]

https://phys.org/news/2018-01-massive-neutron-stars.html

Rappresentazione artistica della collisione di due stelle di neutroni
Credit: Robin Dienel courtesy of the Carnegie Institution for Science.

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