Un teorico in astrofisica dell'Università del Texas ad Arlington sta conducendo un progetto per studiare i fenomeni esplosivi dei lampi di raggi X al fine di comprendere meglio le stelle di neutroni.

Nevin Weinberg, professore associato di fisica, dirigerà lo studio, intitolato "Modelli idrodinamici spettrali e radiativi di raffiche di raggi X con espansione del raggio fotosferico". Finanziato da una borsa di studio triennale della Divisione di Scienze Astronomiche della National Science Foundation, il progetto coinvolgerà anche studenti dell'UTA e fisici dell'Università della Virginia.

Una stella di neutroni si forma quando una stella massiccia esplode in una supernova e i resti si condensano e collassano su se stessi a causa della gravitazione estremamente potente. Questo materiale è così compatto che protoni ed elettroni si combinano per formare neutroni, da cui il nome di stelle di neutroni.

Se la stella di neutroni si trova in un sistema binario con un'altra stella, può estrarre materiale ricco di idrogeno o elio dall'altra stella che poi forma uno strato sottile sulla sua superficie. Una volta che la stella di neutroni raggiunge la massa critica, questo strato si accende in un'esplosione termonucleare, riscaldando l'intera superficie della stella di neutroni a decine di milioni di gradi Kelvin e rilasciando un'improvvisa esplosione di raggi X.

Circa il 20% di questi lampi di raggi X sono raffiche di espansione del raggio fotosferico (PRE), in cui la luminosità del burst è così elevata che le forze di radiazione guidano un vento otticamente denso che solleva la fotosfera (il guscio esterno da cui viene irradiata la luce) dalla superficie della stella di neutroni.

"A parte un buco nero, una stella di neutroni è la più densa, oggetto stellare compatto noto, " Ha detto Weinberg. "Ha una massa che è da una volta e mezza a due volte la massa del nostro sole, ma un raggio di soli 10 chilometri, quindi è estremamente compatto. Se hai preso un cucchiaino di questo materiale, peserebbe più di un miliardo di tonnellate.

Lo studio utilizzerà strumenti di simulazione numerica all'avanguardia per fornire la simulazione più sofisticata dei lampi di raggi X PRE fino ad oggi. I ricercatori confronteranno i loro risultati direttamente con le osservazioni dei telescopi.

"Le stelle di neutroni sono oggetti interessanti non solo per l'astrofisica, ma per la fisica fondamentale, " Weinberg ha detto. "A queste densità molto elevate - densità superiori al nucleo di un atomo - non sappiamo effettivamente come si comporta la materia".

I lampi di raggi X sono stati rilevati dai telescopi fin dagli anni '70, ma molto rimane sconosciuto su di loro.

"È qui che entra in gioco il nostro progetto. Cercheremo di migliorare i modelli dei lampi di raggi X, " Ha detto Weinberg. "L'obiettivo è capirli meglio e avere un migliore accordo tra i modelli e le osservazioni, il che ci consentirà di fare affermazioni più precise sulla stella di neutroni sottostante che supporta l'esplosione".

I team dell'UTA e dell'Università della Virginia studieranno la fisica dei lampi di raggi X PRE utilizzando una combinazione di sofisticati modelli di computer. Le simulazioni previste consentiranno agli astronomi di comprendere meglio le stelle di neutroni, i processi di combustione durante le raffiche di raggi X, e la composizione del vento espulso durante una raffica.

Il progetto fornirà tre anni di finanziamento per uno studente laureato nel gruppo di ricerca di Weinberg. Gli consentirà inoltre di fare da mentore agli studenti universitari della Louis Stokes Alliances for Minority Participation Summer Research Academy di UTA, che offre opportunità di ricerca per studenti provenienti da gruppi storicamente sottorappresentati nell'istruzione STEM.

Alex Weiss, professore e presidente del Dipartimento di Fisica dell'UTA, ha affermato che il progetto di Weinberg potrebbe fornire nuove entusiasmanti intuizioni sulle proprietà delle stelle di neutroni.

"Le simulazioni al computer dei lampi di raggi X che verranno utilizzate in questo studio, insieme alle osservazioni dei telescopi a raggi X, potrebbe fornire risposte ad alcune delle domande che abbiamo sulle stelle di neutroni, "Ha detto Weiss.