Scrutare all’interno delle stelle di neutroni
Le stelle di neutroni sono gli oggetti più densi dell’universo, tanto da superare la densità di qualsiasi materiale sulla Terra di un fattore di decine di trilioni. Sono oggetti straordinari, tanto che questa estrema densità potrebbe consentire loro di funzionare come laboratori per lo studio di questioni fondamentali della fisica nucleare. A causa di queste condizioni esotiche, gli scienziati ancora non capiscono la loro cosiddetta “equazione di stato“, ossia l’esatta relazione matematica tra due o più variabili di stato associate alla materia. E’ in effetti uno degli obiettivi principali della ricerca astrofisica.
UN PEZZO DEL GRANDE PUZZLE
Ora, grazie ad una coppia di ricercatori dell’IAS, potrebbe essere a disposizione un nuovo pezzo del grande puzzle. Idealmente, gli scienziati vorrebbero sbirciare all’interno di questi oggetti, ma sono troppo piccoli e distanti per essere ripresi con telescopi standard. Si affidano quindi a proprietà indirette misurabili, come la massa e il raggio dell’oggetto, nello stesso modo in cui si potrebbe usare la lunghezza di due lati di un triangolo rettangolo per calcolare la sua ipotenusa.
Le stelle di neutroni
Tuttavia, il raggio di una stella di neutroni è molto difficile da misurare con precisione. L’idea, pertanto, è quella di utilizzare una “frequenza spettrale di picco” (F2).
Le collisioni tra stelle di neutroni, che sono governate dalle leggi della Teoria della Relatività di Einstein, portano a forti esplosioni di emissione di onde gravitazionali. Nel 2017, gli scienziati hanno misurato per la prima volta tali emissioni. “Almeno in linea di principio, la frequenza spettrale di picco può essere calcolata dal segnale dell’onda gravitazionale emessa dal residuo oscillante di due stelle di neutroni unite“, affermano i ricercatori.
LO STUDIO
In precedenza ci si aspettava che F2 sarebbe stato un ragionevole proxy per il raggio, dal momento che, fino ad ora, i ricercatori credevano che esistesse una corrispondenza diretta o “quasi-universale” tra essi. Tuttavia, Carolyn Raithel della School of Natural Sciences ed Elias Most della Princeton University, hanno dimostrato che questo non è sempre vero.
Determinare l’equazione di stato non è come risolvere un semplice problema di ipotenusa. Invece, è più simile al calcolo del lato più lungo di un triangolo irregolare, dove è necessaria anche una terza informazione: l’angolo tra i due lati più corti. Per Raithel e Most, questa terza informazione è la “pendenza della relazione massa-raggio”, che codifica le informazioni sull’EoS a densità più elevate (e quindi condizioni più estreme) rispetto al solo raggio.
Questa nuova scoperta consentirà ai ricercatori che lavoreranno con la prossima generazione di osservatori di onde gravitazionali (i successori dell’attuale LIGO) di utilizzare meglio i dati ottenuti in seguito alle fusioni di stelle di neutroni. Secondo Raithel, questi dati potrebbero rivelare i costituenti fondamentali della materia stellare di neutroni.
“Alcune previsioni teoriche suggeriscono che all’interno dei nuclei delle stelle di neutroni, le transizioni di fase potrebbero dissolvere i neutroni in particelle subatomiche chiamate quark“, ha affermato Raithel. “Ciò significherebbe che le stelle contengono un mare di quark libero al loro interno. Il nostro lavoro potrebbe aiutare i ricercatori di domani a determinare se tali transizioni di fase effettivamente accadono“. Il lavoro è stato recentemente pubblicato su “The Astrophysical Journal Letters“.
