Le stelle di neutroni sono oggetti incredibilmente compatti che possono formarsi dopo la morte di una stella. Tuttavia, si sa poco dei loro interni. Sin dalla loro scoperta, gli scienziati hanno cercato di decifrare la loro struttura.
Dal momento che difficilmente possono essere duplicati sulla Terra in laboratorio, l’ostacolo più grande è simulare le gravi circostanze all’interno delle stelle di neutroni. Di conseguenza, esistono numerosi modelli in cui diversi attributi, come la temperatura e la densità, sono definiti utilizzando le cosiddette equazioni di stato. Queste equazioni tentano di caratterizzare la struttura delle stelle di neutroni dalla superficie stellare al nucleo interno.
Ora i fisici a Goethe University di Francoforte sono riusciti ad aggiungere altri pezzi cruciali al puzzle. Hanno sviluppato più di un milione di equazioni di stato che soddisfano i vincoli posti dai dati ottenuti dalla fisica nucleare teorica da un lato e dalle osservazioni astronomiche dall'altro.
Quando hanno valutato le equazioni di stato, i fisici hanno trovato qualcosa di sorprendente: “Luce” stelle di neutroni (con masse inferiori a circa 1.7 masse solari) sembrano avere un mantello soffice e un nucleo rigido, mentre le stelle di neutroni “pesanti” (con masse superiori a 1.7 masse solari) hanno invece un mantello rigido e un nucleo soffice.
Il Prof. Luciano Rezzolla ha detto: “Questo risultato è molto interessante perché ci dà una misura diretta di quanto possa essere comprimibile il centro delle stelle di neutroni. Le stelle di neutroni si comportano un po’ come le praline di cioccolato: le stelle luminose somigliano a quelle cioccolatini con una nocciola al centro circondata da morbido cioccolato, mentre le stelle pesanti possono essere considerate più simili a quei cioccolatini in cui uno strato duro contiene un morbido ripieno.
La velocità del suono è cruciale per questa intuizione. Questa metrica quantitativa, che si basa su quanto sia rigida o flessibile la materia, descrive la velocità con cui onde sonore muoversi all'interno di un oggetto. Sulla Terra si trovano giacimenti di petrolio e il l'interno del pianeta viene esplorato utilizzando la velocità del suono.
Gli scienziati potrebbero anche identificare ulteriori caratteristiche delle stelle di neutroni, precedentemente sconosciute, modellando le equazioni di stato. Ad esempio, molto probabilmente hanno un raggio di soli 12 chilometri, indipendentemente dalla loro massa. Hanno la stessa circonferenza di Francoforte.
Autore Dott. Christian Ecker spiega: “Il nostro ampio studio numerico ci permette non solo di fare previsioni sui raggi e sulle masse massime delle stelle di neutroni, ma anche di stabilire nuovi limiti sulla loro deformabilità nei sistemi binari, cioè quanto fortemente si distorcono a vicenda attraverso la loro campi gravitazionali. Queste intuizioni diventeranno particolarmente importanti per individuare l’equazione di stato sconosciuta con future osservazioni astronomiche e rilevamenti di onde gravitazionali provenienti da stelle che si fondono”.
Riferimenti del giornale:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: Sulla velocità del suono nelle stelle di neutroni. I Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: Una descrizione generale, indipendente dalla scala, della velocità del suono nelle stelle di neutroni. I Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
