Utilizzando un metodo pionieristico, i ricercatori del Gruppo di Astronomia e Astrofisica dell'UPC e dell'Istituto di Astrofisica delle Isole Canarie (IAC) hanno trovato una stella di neutroni di circa 2,3 masse solari, una delle più massicce mai rilevate. Lo studio è stato pubblicato il 23 maggio nel Giornale Astrofisico e apre un nuovo percorso di conoscenza in molti campi dell'astrofisica e della fisica nucleare.

Le stelle di neutroni (spesso chiamate pulsar) sono resti stellari che hanno raggiunto la fine della loro vita evolutiva:derivano dalla morte di una stella tra le 10 e le 30 masse solari. Nonostante le loro piccole dimensioni (circa 20 chilometri di diametro), le stelle di neutroni hanno più massa del sole, quindi sono estremamente densi.

I ricercatori dell'Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) e dell'Istituto di Astrofisica delle Isole Canarie (IAC) hanno utilizzato un metodo innovativo per misurare la massa di una delle stelle di neutroni più pesanti conosciute fino ad oggi. Scoperto nel 2011 e denominato PSR J2215+5135, con circa 2,3 masse solari è uno dei più massicci degli oltre 2, 000 stelle di neutroni conosciute fino ad oggi. Sebbene uno studio pubblicato nel 2011 abbia riportato prove di una stella di neutroni con 2,4 masse solari, le stelle di neutroni più massicce che avevano precedentemente ottenuto un consenso tra gli scienziati, segnalati nel 2010 e 2013, avere 2 masse solari.

Lo studio è stato condotto da Manuel Linares, ricercatrice Marie-Curie del Gruppo di Astronomia e Astrofisica (GAA), collegato al Dipartimento di Fisica dell'UPC, in collaborazione con gli astronomi Tariq Shahbaz e Jorge Casares della IAC. I ricercatori hanno utilizzato i dati ottenuti dal Gran Telescopio Canarias (GTC), il più grande telescopio ottico e infrarosso del mondo, il telescopio William Herschel (WHT), l'Isaac Newton Telescope Group (ING) e il telescopio IAC-80, in combinazione con modelli dinamici di stelle binarie con irraggiamento. Un articolo che riporta i risultati dello studio, intitolato "Sbirciando nel lato oscuro:le linee di magnesio stabiliscono una stella di neutroni massiccia in PSR J2215+5135", è stato pubblicato in Giornale Astrofisico .

Un metodo di misurazione pionieristico

Il team ha sviluppato un metodo più accurato di quelli utilizzati fino ad oggi per misurare la massa delle stelle di neutroni nelle binarie compatte. PSR J2215+5135 fa parte di un sistema binario, in cui due stelle orbitano attorno a un comune centro di massa:una stella "normale" (come il sole) "accompagna" la stella di neutroni. La stella secondaria o compagna è fortemente irradiata dalla stella di neutroni.

Più massiccia è la stella di neutroni, più velocemente la stella compagna si muove nella sua orbita. Il nuovo metodo utilizza righe spettrali di idrogeno e magnesio per misurare la velocità con cui si muove la stella compagna. Ciò ha permesso al team guidato da Manuel Linares di misurare per la prima volta la velocità di entrambi i lati della stella compagna (il lato irradiato e il lato in ombra), e per mostrare che una stella di neutroni può avere più del doppio della massa del sole.

Questo nuovo metodo può essere applicato anche al resto di questa crescente popolazione di stelle di neutroni:negli ultimi 10 anni, il telescopio a raggi gamma Fermi-LAT della NASA ha rivelato dozzine di pulsar simili a PSR J2215+5135. In linea di principio, il metodo può essere utilizzato anche per misurare la massa dei buchi neri e delle nane bianche (resti di stelle che muoiono con più di 30 o meno di 10 masse solari, rispettivamente) quando si trovano in sistemi binari simili in cui l'irradiazione è importante.

Più denso di un nucleo atomico

Essere in grado di determinare la massa massima di una stella di neutroni ha conseguenze molto importanti per molti campi dell'astrofisica, così come per la fisica nucleare. Le interazioni tra nucleoni (i neutroni ei protoni che costituiscono il nucleo di un atomo) ad alta densità sono uno dei grandi misteri della fisica odierna. Le stelle di neutroni sono un laboratorio naturale per studiare gli stati della materia più densi ed esotici che si possano immaginare.

I risultati del progetto suggeriscono inoltre che per sostenere il peso di 2,3 masse solari, la repulsione tra le particelle nel nucleo della stella di neutroni deve essere sufficientemente forte. Ciò indicherebbe che è improbabile trovare quark liberi o altre forme esotiche di materia al centro della stella di neutroni.