Collisioni Asimmetriche tra Stelle di Neutroni

Collisioni Asimmetriche tra Stelle di Neutroni

Un team internazionale di scienziati ha scoperto due stelle di neutroni in via di collisione, con masse significativamente differenti. Eventi di questo tipo possono rilasciare quantità incredibili di energia sotto forma di onde gravitazionali e radiazioni elettromagnetiche, mentre l’asimmetria delle masse stellari può rivelare indizi fondamentali su questioni irrisolte, come la materia di cui sono composti questi oggetti estremi.

La scoperta è stata realizzata grazie al radiotelescopio dell’Osservatorio di Arecibo, Puerto Rico. Lo studio, guidato da ricercatori dell’University of East Anglia, Regno Unito, e pubblicato su Nature, suggerisce che questo tipo di sistemi di stelle di neutroni possa rappresentare la chiave per comprendere meglio le collisioni tra oggetti compatti e persino l’espansione accelerata del cosmo. “Nel 2017 gli scienziati hanno rilevato per la prima volta la fusione di due stelle di neutroni”, spiega Robert Ferdman, a guida del team. “L’evento ha provocato l’emissione di onde gravitazionali attraverso lo spaziotempo, come previsto da Einstein oltre un secolo fa. Ha inoltre confermato che il fenomeno dei lampi gamma brevi era dovuto alla fusione di due stelle di neutroni”.

Uno degli aspetti interessanti della scoperta del 2017 e di quella attuale è che il sistema osservato era composto da stelle con masse molto differenti. Al contrario, le teorie prevalenti su questo tipo di fenomeni si basano sull’ipotesi che le stelle abbiano massa uguale o molto simile. “Il sistema binario di stelle di neutroni che abbiamo osservato sfoggia le masse più asimmetriche tra quelle dei sistemi in fusione noti nell’Universo”, afferma Benetege Perera, coautore dello studio. Le masse della pulsar e della stella compagna risultano pari a 1,62 e 1,27 masse solari, rispettivamente. “Sulla base di quello che abbiamo appreso dai dati di LIGO e dal nostro studio, comprendere e caratterizzare l’asimmetria di masse delle stelle di neutroni doppie è fondamentale per l’astronomia delle onde gravitazionali”.

Le stelle di neutroni sono residui stellari estremamente densi derivanti dall’esplosione di una stella massiccia in supernova. Le pulsar sono stelle di neutroni in rapida rotazione, la cui radiazione elettromagnetica in fasci ristretti, simili a quelli di un faro, è osservata come impulsi radio emessi ad intervalli estremamente regolari. Questi oggetti fortemente magnetizzati ruotano assai rapidamente, compiendo centinaia di rivoluzioni al secondo. La pulsar scoperta dal team, nota come PSR J1913+1102, fa parte di un sistema binario insieme a un’altra stella di neutroni compagna. Secondo i ricercatori, tra circa 500 milioni di anni le due stelle di neutroni collideranno, rilasciando quantità incredibili di energia sotto forma di onde gravitazionali e radiazioni elettromagnetiche. La collisione sarà simile a quella osservata dal rilevatore di onde gravitazionli LIGO nel 2017.

“Gran parte delle teorie relative a eventi di questo genere presuppongono che le stelle parte del sistema binario abbiano una massa molto simile”, spiega Ferdman. “Ma questo sistema binario è insolito perché le masse delle due stelle sono piuttosto differenti: una è molto più massiccia dell’altra. La nostra scoperta sfida quelle teorie”. L’esistenza e la frequenza di questo tipo di sistemi asimmetrici suggerisce che gli astrofisici potranno in futuro ottenere indizi importanti su questioni irrisolte, come la materia di cui sono composte queste stelle e una determinazione più accurata del tasso di espansione dell’Universo.

“Dal momento che una delle due stelle è significativamente più grande, la sua influenza gravitazionale distorcerà la forma della sua compagna, strappandole via grandi quantità di materia appena prima della fusione, e forse distruggendola del tutto. Questo evento di distruzione mareale può provocare l’espulsione di una quantità di materiale caldo superiore a quanto previsto se le stelle avessero massa simile, con il risultato di generare un’emissione più potente. La nostra scoperta mette in evidenza che ci potrebbero essere molti altri sistemi come questo là fuori, probabilmente più di uno ogni dieci sistemi binari di stelle di neutroni”, spiega Ferdman.

“Un simile evento distruttivo permetterebbe agli astrofisici di ottenere nuovi indizi fondamentali sulla materia esotica di cui è composto l’interno di questi oggetti estremi. Tale materia rimane un mistero: è così densa che gli scienziati ancora non sanno come sia realmente composta”, aggiunge Paulo Freire, tra gli autori dello studio. La distruzione della stella piu piccola potrebbe provocare un aumento di luminosità nel materiale espulso in seguito alla fusione. Questo implica che, oltre a rilevare onde gravitazionali tramite LIGO e Virgo, gli scienziati potrebbero osservare l’evento con telescopi convenzionali. “È entusiasmante pensare che questo potrebbe permetterci una misurazione completamente indipendente della Costante di Hubble, che misura il tasso di espansione dell’Universo. I due metodi principali per ottenere questo risultato sono attualmente in disaccordo, pertanto questa è una strada fondamentale per superare lo stallo e comprendere con maggiore dettaglio l’evoluzione dell’Universo”, conclude Ferdman.

Nell’immagine rappresentazione artistica di una collisione tra stelle di neutroni
Credit: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc./Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics https://www.ucf.edu/news/new-study-shows-colliding-neutron-stars-may-unlock-mysteries-of-universe-expansion/