I ricercatori di onde gravitazionali dell'Università di Birmingham hanno sviluppato un nuovo modello che promette di fornire nuove intuizioni sulla struttura e sulla composizione delle stelle di neutroni.

Il modello mostra che le vibrazioni, o oscillazioni, all'interno delle stelle può essere misurato direttamente dal solo segnale dell'onda gravitazionale. Questo perché le stelle di neutroni si deformeranno sotto l'influenza delle forze di marea, facendoli oscillare a frequenze caratteristiche, e questi codificano informazioni univoche sulla stella nel segnale dell'onda gravitazionale.

Ciò rende l'asterosismologia, lo studio delle oscillazioni stellari, con le onde gravitazionali provenienti da stelle di neutroni in collisione un nuovo strumento promettente per sondare la natura sfuggente della materia nucleare estremamente densa.

Le stelle di neutroni sono i resti ultradensi di stelle massicce collassate. Sono stati osservati a migliaia nello spettro elettromagnetico e tuttavia si sa poco della loro natura. Informazioni uniche possono essere raccolte misurando le onde gravitazionali emesse quando due stelle di neutroni si incontrano e formano un sistema binario. Predetto per la prima volta da Albert Einstein, queste increspature nello spaziotempo sono state rilevate per la prima volta dall'Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) nel 2015.

Utilizzando il segnale dell'onda gravitazionale per misurare le oscillazioni delle stelle di neutroni, i ricercatori saranno in grado di scoprire nuove intuizioni all'interno di queste stelle. Lo studio è pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Dottor Geraint Pratten, dell'Istituto di onde gravitazionali dell'Università di Birmingham, è l'autore principale dello studio. Ha spiegato:"Mentre le due stelle si muovono a spirale l'una intorno all'altra, le loro forme vengono distorte dalla forza gravitazionale esercitata dal loro compagno. Questo diventa sempre più pronunciato e lascia un'impronta unica nel segnale dell'onda gravitazionale.

"Le forze di marea che agiscono sulle stelle di neutroni eccitano le oscillazioni all'interno della stella dandoci informazioni sulla loro struttura interna. Misurando queste oscillazioni dal segnale dell'onda gravitazionale, possiamo estrarre informazioni sulla natura fondamentale e sulla composizione di questi oggetti misteriosi che altrimenti sarebbero inaccessibili".

Il modello sviluppato dal team consente per la prima volta di determinare la frequenza di queste oscillazioni direttamente dalle misurazioni delle onde gravitazionali. I ricercatori hanno usato il loro modello sul primo segnale di onde gravitazionali osservato da una fusione di stelle di neutroni binarie:GW170817.

Co-autore principale, Dott.ssa Patricia Schmidt, ha aggiunto:"Quasi tre anni dopo l'osservazione delle prime onde gravitazionali da una stella binaria di neutroni, stiamo ancora trovando nuovi modi per estrarre maggiori informazioni su di loro dai segnali. Più informazioni possiamo raccogliere sviluppando modelli teorici sempre più sofisticati, più ci avvicineremo alla rivelazione della vera natura delle stelle di neutroni".

Osservatori di onde gravitazionali di nuova generazione previsti per il 2030, sarà in grado di rilevare molte più stelle di neutroni binarie e di osservarle in modo molto più dettagliato di quanto sia attualmente possibile. Il modello prodotto dal team di Birmingham darà un contributo significativo a questa scienza.

"Le informazioni di questo evento iniziale erano limitate in quanto c'era molto rumore di fondo che rendeva difficile isolare il segnale, " afferma il Dr. Pratten. "Con strumenti più sofisticati possiamo misurare le frequenze di queste oscillazioni in modo molto più preciso e questo dovrebbe iniziare a fornire alcune intuizioni davvero interessanti".