• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Astronomia
    Gli astrofisici spiegano l'origine di binarie di stelle di neutroni insolitamente pesanti

    Nelle ultime fasi della formazione di stelle di neutroni binarie, la stella gigante si espande e inghiotte la stella compagna di neutroni in uno stadio indicato come evoluzione dell'involucro comune (a). L'espulsione dell'involucro lascia la stella di neutroni in un'orbita stretta con una stella a involucro spogliato. L'evoluzione del sistema dipende dal rapporto di massa. Le stelle spogliate meno massicce sperimentano un'ulteriore fase di trasferimento di massa che spoglia ulteriormente la stella e ricicla la compagna della pulsar, portando a sistemi come le stelle di neutroni binarie osservate nella Via Lattea e GW170817 (b). Le stelle spogliate più massicce non si espandono tanto, evitando quindi ulteriore sverniciatura e riciclo complementare, portando a sistemi come GW190425 (c). Finalmente, stelle spogliate ancora più massicce porteranno a binarie di stelle buco nero-neutroni come GW200115 (d). Credito:Vigna-Gomez et al.

    Un nuovo studio che mostra come l'esplosione di una stella massiccia spogliata in una supernova può portare alla formazione di una stella di neutroni pesante o di un buco nero leggero risolve uno degli enigmi più impegnativi che emergono dalla rilevazione di fusioni di stelle di neutroni da parte dell'onda gravitazionale osservatori LIGO e Virgo.

    La prima rilevazione di onde gravitazionali da parte dell'Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) nel 2017 è stata una fusione di stelle di neutroni che si è conformata per lo più alle aspettative degli astrofisici. Ma il secondo rilevamento, nel 2019, era una fusione di due stelle di neutroni la cui massa combinata era inaspettatamente grande.

    "È stato così scioccante che abbiamo dovuto iniziare a pensare a come creare una stella di neutroni pesanti senza farne una pulsar, " disse Enrico Ramirez-Ruiz, professore di astronomia e astrofisica all'UC Santa Cruz.

    Gli oggetti astrofisici compatti come le stelle di neutroni e i buchi neri sono difficili da studiare perché quando sono stabili tendono ad essere invisibili, non emette radiazioni rilevabili. "Ciò significa che siamo di parte su ciò che possiamo osservare, " ha spiegato Ramirez-Ruiz. "Abbiamo rilevato binari di stelle di neutroni nella nostra galassia quando uno di loro è una pulsar, e le masse di quelle pulsar sono quasi tutte identiche:non vediamo nessuna stella di neutroni pesanti".

    Il rilevamento da parte di LIGO di una fusione di stelle di neutroni pesanti a una velocità simile al sistema binario più leggero implica che le coppie di stelle di neutroni pesanti dovrebbero essere relativamente comuni. Allora perché non compaiono nella popolazione di pulsar?

    Nel nuovo studio, Ramirez-Ruiz e i suoi colleghi si sono concentrati sulle supernovae di stelle spogliate in sistemi binari che possono formare "oggetti doppi compatti" costituiti da due stelle di neutroni o da una stella di neutroni e da un buco nero. Una stella spogliata, chiamata anche stella di elio, è una stella il cui involucro di idrogeno è stato rimosso dalle sue interazioni con una stella compagna.

    Lo studio, pubblicato l'8 ottobre in Lettere per riviste astrofisiche , era guidata da Alejandro Vigna-Gomez, un astrofisico presso il Niels Bohr Institute dell'Università di Copenaghen, dove Ramirez-Ruiz ha una cattedra Niels Bohr.

    "Abbiamo usato modelli stellari dettagliati per seguire l'evoluzione di una stella spogliata fino al momento in cui esplode in una supernova, " Disse Vigna-Gomez. "Una volta raggiunto il tempo della supernova, facciamo uno studio idrodinamico, dove siamo interessati a seguire l'evoluzione del gas che esplode."

    La stella spogliata, in un sistema binario con una stella di neutroni compagna, inizia dieci volte più massiccio del nostro sole, ma così denso è più piccolo del sole in diametro. Lo stadio finale della sua evoluzione è una supernova con collasso del nucleo, che lascia dietro di sé una stella di neutroni o un buco nero, a seconda della massa finale del nucleo.

    I risultati del team hanno mostrato che quando l'enorme stella spogliata esplode, alcuni dei suoi strati esterni vengono rapidamente espulsi dal sistema binario. Alcuni degli strati interni, però, non vengono espulsi ed eventualmente ricadono sull'oggetto compatto appena formato.

    "La quantità di materiale accumulato dipende dall'energia dell'esplosione:maggiore è l'energia, meno massa riesci a mantenere, " Disse Vigna-Gomez. "Per la nostra stella spogliata di dieci masse solari, se l'energia dell'esplosione è bassa, formerà un buco nero; se l'energia è grande, manterrà meno massa e formerà una stella di neutroni."

    Questi risultati non solo spiegano la formazione di sistemi binari di stelle di neutroni pesanti, come quella rivelata dall'evento dell'onda gravitazionale GW190425, ma anche prevedere la formazione di stelle di neutroni e binarie di buchi neri leggeri, come quello che si è fuso nell'evento delle onde gravitazionali del 2020 GW200115.

    Un'altra scoperta importante è che la massa del nucleo di elio della stella spogliata è essenziale per determinare la natura delle sue interazioni con la sua compagna di neutroni e il destino finale del sistema binario. Una stella di elio sufficientemente massiccia può evitare di trasferire massa sulla stella di neutroni. Con una stella di elio meno massiccia, però, il processo di trasferimento di massa può trasformare la stella di neutroni in una pulsar in rapida rotazione.

    "Quando il nucleo di elio è piccolo, si espande, e poi il trasferimento di massa fa girare la stella di neutroni per creare una pulsar, "Spiegava Ramirez-Ruiz. "Enormi nuclei di elio, però, sono più legati gravitazionalmente e non si espandono, quindi non c'è trasferimento di massa. E se non si trasformano in una pulsar, non li vediamo".

    In altre parole, potrebbe esserci una grande popolazione non rilevata di stelle binarie di neutroni pesanti nella nostra galassia.

    "Il trasferimento di massa su una stella di neutroni è un meccanismo efficace per creare pulsar che ruotano rapidamente (millisecondi), " Ha detto Vigna-Gomez. "Evitare questo episodio di trasferimento di massa poiché suggeriamo suggerimenti che ci sia una popolazione radio-silenziosa di tali sistemi nella Via Lattea".


    © Scienza https://it.scienceaq.com