La Stazza di una Stella di Neutroni

La Stazza di una Stella di Neutroni

Un team internazionale di astronomi ha utilizzato un nuovo approccio basato sull’astronomia multimessaggera per ottenere la migliore misurazione ad oggi della dimensione di una stella di neutroni, residuo ultracompatto derivante dall’esplosione di una stella massiccia. I dati suggeriscono che una tipica stella di neutroni si presenti come una massa di un paio di Soli compattata in una sfera dal raggio pari a circa 11 chilometri.

Il team, guidato dal Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI), ha combinato modelli che descrivono il comportamento della materia a densità estreme con osservazioni in molteplici lunghezze d’onda e con dati di onde gravitazionali derivanti dalla famosa fusione di due stelle di neutroni chiamata GW170817. I risultati, pubblicati su Nature Astronomy, rivelano che una tipica stella di neutroni ha un raggio compreso tra 10.4 e 11.9 chilometri. Secondo il team, inoltre, le malcapitate stelle di neutroni che si scontrano con un buco nero vengono interamente divorate nella gran parte dei casi, a meno che il buco nero non sia piccolo o in rapida rotazione. Simili fusioni potrebbero pertanto essere osservate come sorgenti di onde gravitazionali, ma potrebbero risultare invisibili nello spettro elettromagnetico.

“Le fusioni di stelle di neutroni sono una miniera d’oro di informazioni”, afferma Collin Capano, a guida dello studio. “Le stelle di neutroni contengono la materia più densa nell’Universo osservabile. In effetti, sono così dense e compatte che si potrebbe pensare alla stella intera come fosse un singolo nucleo atomico, alla scala dimensionale di una città. Misurando le proprietà di questi oggetti, possiamo apprendere informazioni sulla fisica fondamentale che governa la materia a livello subatomico”. “Abbiamo scoperto che le tipiche stelle di neutroni, con massa 1,4 volte quella del Sole, hanno un raggio di circa 11 chilometri”, aggiunge Badri Krishnan, tra gli autori dello studio.

Le stelle di neutroni sono residui estremamente densi e compatti di esplosioni in supernova. Hanno una massa pari a circa due volte quella del Sole confinata in una dimensione simile a quella di una città. Come si comporti la materia all’interno di questi oggetti estremi è argomento ancora ignoto ed è impossibile ricreare simili condizioni in laboratorio. I fisici hanno proposto vari modelli, ma non si sa ancora se possano descrivere efficacemente la composizione delle stelle di neutroni. Le fusioni di stelle di neutroni, come quella rilevata nelle onde gravitazionali e osservata nell’intero spettro elettromagnetico, sono eventi astrofisici entusiasmanti e possono permetterci di penetrare più in profondità nei misteri del comportamento estremo di questi oggetti e della fisica sottostante.

In particolare il team ha utilizzato un modello basato su equazioni di stato derivate direttamente dalla fisica nucleare, tenendo in conto che fossero in accordo con i dati di LIGO e Virgo basati sulle onde gravitazionali rilevate dall’evento GW170817, che producessero come risultato della fusione una stella di neutroni ipermassiccia di breve durata, e che fossero in accordo con le osservazioni di GW170817 nello spettro elettromagnetico. “Questi risultati sono entusiasmanti, non soltanto perché siamo stati in grado di migliorare di gran lunga le misurazioni del raggio di una stella di neutroni, ma anche perché ci aprono una finestra sul destino ultimo delle stelle di neutroni durante gli eventi di fusione”. I nuovi risultati implicano, infatti, che, rilevando un altro evento come GW170817, LIGO e Virgo saranno in grado di distinguere facilmente, sulla base delle sole onde gravitazionali, se la fusione abbia riguardato due stelle di neutroni o due buchi neri.

Nell’immagine rappresentazione artistica di un buco nero che divora una stella di neutroni
Credit: Carl Knox, OzGrav ARC Centre of Excellence

https://www.aei.mpg.de/2440766/how-big-is-a-neutron-star