Quando una stella enorme muore, suoi principali contratti. In un'esplosione di supernova, gli strati esterni della stella vengono espulsi, lasciando dietro di sé una stella di neutroni ultracompatta. Per la prima volta, gli Osservatori LIGO e Virgo sono stati recentemente in grado di osservare la fusione di due stelle di neutroni e misurare la massa delle stelle fondenti. Insieme, le stelle di neutroni avevano una massa di 2,74 masse solari. Sulla base di questi dati osservativi, un team internazionale di scienziati tedeschi, Grecia, e il Giappone, incluso l'astrofisico HITS Dr. Andreas Bauswein, è riuscito a restringere la dimensione delle stelle di neutroni con l'aiuto di simulazioni al computer. I calcoli suggeriscono che il raggio della stella di neutroni deve essere di almeno 10,7 km. I risultati del team di ricerca internazionale sono stati pubblicati in Lettere per riviste astrofisiche .

Il crollo come prova

Nelle collisioni di stelle di neutroni, due stelle di neutroni orbitano l'una intorno all'altra, alla fine fondendosi per formare una stella con circa il doppio della massa delle singole stelle. In questo evento cosmico, onde gravitazionali - oscillazioni dello spaziotempo - le cui caratteristiche di segnale sono legate alla massa delle stelle, sono emessi. Questo evento assomiglia a ciò che accade quando un sasso viene lanciato nell'acqua e si formano onde sulla superficie dell'acqua. Più pesante è la pietra, più alte sono le onde.

Gli scienziati hanno simulato diversi scenari di fusione per le masse misurate di recente per determinare il raggio delle stelle di neutroni. Così facendo, si basavano su diversi modelli ed equazioni di stato che descrivevano l'esatta struttura delle stelle di neutroni. Quindi, il team di scienziati ha verificato se gli scenari di fusione calcolati sono coerenti con le osservazioni. La conclusione:tutti i modelli che portano al collasso diretto del residuo di fusione possono essere esclusi perché un collasso porta alla formazione di un buco nero, il che a sua volta significa che durante la collisione viene emessa relativamente poca luce. Però, diversi telescopi hanno osservato una sorgente di luce brillante nel luogo della collisione delle stelle, che fornisce prove evidenti contro l'ipotesi di crollo.

I risultati escludono quindi un numero di modelli di materia di stelle di neutroni, vale a dire tutti i modelli che prevedono un raggio di una stella di neutroni inferiore a 10,7 chilometri. Però, la struttura interna delle stelle di neutroni non è ancora del tutto compresa. I raggi e la struttura delle stelle di neutroni sono di particolare interesse non solo per gli astrofisici, ma anche ai fisici nucleari e delle particelle perché la struttura interna di queste stelle riflette le proprietà della materia nucleare ad alta densità che si trova in ogni nucleo atomico.

Le stelle di neutroni rivelano le proprietà fondamentali della materia

Mentre le stelle di neutroni hanno una massa leggermente più grande del nostro sole, il loro diametro è solo di pochi 10 km. Queste stelle contengono quindi una grande massa in uno spazio molto piccolo, che porta a condizioni estreme al loro interno. I ricercatori stanno esplorando queste condizioni interne già da alcuni decenni e sono particolarmente interessati a restringere meglio il raggio di queste stelle poiché la loro dimensione dipende dalle proprietà sconosciute della densità della materia.

Le nuove misurazioni ei nuovi calcoli stanno aiutando i teorici a comprendere meglio le proprietà della materia ad alta densità nel nostro universo. Lo studio di recente pubblicazione rappresenta già un progresso scientifico in quanto ha escluso alcuni modelli teorici, ma ci sono ancora un certo numero di altri modelli con raggi di stelle di neutroni maggiori di 10,7 km. Però, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che ulteriori osservazioni di fusioni di stelle di neutroni continueranno a migliorare queste misurazioni. Gli Osservatori LIGO e Virgo hanno appena iniziato a effettuare misurazioni, e la sensibilità degli strumenti continuerà ad aumentare nei prossimi anni e fornirà dati osservativi ancora migliori. "Ci aspettiamo che presto si osserveranno più fusioni di stelle di neutroni e che i dati osservativi di questi eventi riveleranno di più sulla struttura interna della materia, " Conclude lo scienziato HITS Andreas Bauswein.