Gli astrofisici dell'Università Goethe di Francoforte hanno fissato un nuovo limite per la massa massima delle stelle di neutroni:non possono superare le 2,16 masse solari.

Dalla loro scoperta negli anni '60, gli scienziati hanno cercato di rispondere a una domanda importante:quanto possono diventare massicce le stelle di neutroni? A differenza dei buchi neri, queste stelle non possono guadagnare massa arbitrariamente; oltre un certo limite non esiste in natura alcuna forza fisica che possa contrastare la loro enorme forza gravitazionale. Per la prima volta, gli astrofisici dell'Università Goethe di Francoforte sono riusciti a calcolare un limite superiore rigoroso per la massa massima delle stelle di neutroni.

Con un raggio di circa 12 chilometri e una massa che può essere il doppio di quella del sole, le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più densi dell'universo, produce campi gravitazionali paragonabili a quelli dei buchi neri. Mentre la maggior parte delle stelle di neutroni ha una massa di circa 1,4 volte quella del sole, sono noti anche esempi massicci, come la pulsar PSR J0348+0432 con 2,01 masse solari.

La densità di queste stelle è enorme, come se l'intera catena dell'Himalaya fosse compressa in un boccale di birra. Però, ci sono indicazioni che una stella di neutroni con una massa massima collasserebbe in un buco nero se fosse aggiunto anche solo un singolo neutrone.

Insieme ai suoi studenti Elias Most e Lukas Weih, Professor Luciano Rezzolla, fisico, senior fellow presso l'Istituto di studi avanzati di Francoforte (FIAS) e professore di astrofisica teorica presso la Goethe University di Francoforte, ha ora risolto il problema che era rimasto senza risposta per 40 anni:con una precisione di pochi punti percentuali, la massa massima delle stelle di neutroni non rotanti non può superare 2,16 masse solari.

La base di questo risultato è stata l'approccio delle "relazioni universali" sviluppato a Francoforte alcuni anni fa [www.goethe-university-frankfurt.de/60913695/15]. L'esistenza di "relazioni universali" implica che praticamente tutte le stelle di neutroni "si assomigliano, " il che significa che le loro proprietà possono essere espresse in termini di quantità adimensionali. I ricercatori hanno combinato queste "relazioni universali" con i dati sui segnali di onde gravitazionali e la successiva radiazione elettromagnetica (kilonova) ottenuti durante l'osservazione lo scorso anno di due stelle di neutroni che si fondono nel quadro dell'esperimento LIGO. Questo semplifica enormemente i calcoli perché li rende indipendenti dall'equazione di stato. Questa equazione è un modello teorico per descrivere la materia densa all'interno di una stella che fornisce informazioni sulla sua composizione a varie profondità nella stella. relazione ha quindi svolto un ruolo essenziale nella definizione della nuova massa massima.

Il risultato è un buon esempio dell'interazione tra ricerca teorica e sperimentale. "La bellezza della ricerca teorica è che può fare previsioni. Teoria, però, ha un disperato bisogno di esperimenti per restringere alcune delle sue incertezze, " afferma il professor Rezzolla. "È quindi abbastanza notevole che l'osservazione di una singola fusione di stelle di neutroni binaria avvenuta a milioni di anni luce di distanza, combinata con le relazioni universali scoperte attraverso il nostro lavoro teorico, ci abbia permesso di risolvere un enigma che ha visto così tante speculazioni nel passato."

I risultati della ricerca sono stati pubblicati come Lettera del Giornale Astrofisico . Solo pochi giorni dopo, gruppi di ricerca degli Stati Uniti e del Giappone hanno confermato i risultati, pur avendo finora seguito approcci diversi e indipendenti.

Si prevede che l'astronomia delle onde gravitazionali osserverà più eventi di questo tipo nel prossimo futuro, sia in termini di segnali di onde gravitazionali che nelle gamme di frequenza più tradizionali. Ciò ridurrà ulteriormente le incertezze sulla massa massima e porterà a una migliore comprensione della materia in condizioni estreme. Questo sarà simulato nei moderni acceleratori di particelle, per esempio al CERN in Svizzera o alla struttura FAIR in Germania.