Gli scienziati del Centro di eccellenza ARC per la scoperta delle onde gravitazionali (OzGrav) hanno descritto un modo per determinare la popolazione di nascita delle stelle di neutroni doppi, alcuni degli oggetti più densi dell'universo formati dal collasso di stelle massicce. Lo studio pubblicato di recente ha osservato diversi stadi di vita di questi sistemi di stelle di neutroni.

Gli scienziati possono osservare la fusione di sistemi di doppie stelle di neutroni usando onde gravitazionali, increspature nel tessuto dello spazio e del tempo. Studiando le popolazioni di stelle di neutroni, gli scienziati possono saperne di più su come si sono formati e si sono evoluti. Finora, ci sono stati solo due sistemi a doppia stella di neutroni rilevati dai rivelatori di onde gravitazionali; però, molti di loro sono stati osservati in radioastronomia.

Una delle doppie stelle di neutroni osservate nei segnali delle onde gravitazionali, chiamato GW190425, è molto più massiccio di quelli delle tipiche popolazioni galattiche osservate in radioastronomia, con una massa combinata di 3,4 volte quella del nostro Sole. Ciò solleva la domanda:perché nella radioastronomia mancano queste massicce stelle a doppio neutrone? Per trovare una risposta, OzGrav Ph.D. la studentessa Shanika Galaudage, dell'Università di Monash, studiato come combinare le osservazioni radio e di onde gravitazionali.

La nascita, mezza età e morte delle stelle di neutroni doppi

L'astronomia delle onde radio e gravitazionali consente agli scienziati di studiare le stelle di neutroni doppi in diverse fasi della loro evoluzione. Le osservazioni radio sondano la vita delle stelle di neutroni doppi, mentre le onde gravitazionali studiano i loro ultimi istanti di vita. Per una migliore comprensione di questi sistemi, dalla costituzione alla fusione, gli scienziati devono studiare la connessione tra le popolazioni di onde radio e gravitazionali:le loro popolazioni di nascita.

Shanika e il suo team hanno determinato la distribuzione della massa alla nascita delle stelle di neutroni doppi utilizzando osservazioni radio e di onde gravitazionali. "Entrambe le popolazioni si evolvono dalle popolazioni di nascita di questi sistemi, quindi se guardiamo indietro nel tempo quando consideriamo le popolazioni di onde radio e gravitazionali che vediamo oggi, dovremmo essere in grado di estrarre la distribuzione delle nascite, "dice Shanika Galaudage.

La chiave è capire la distribuzione del tempo di ritardo delle stelle di neutroni doppi:il tempo che intercorre tra la formazione e la fusione di questi sistemi. I ricercatori hanno ipotizzato che i sistemi di stelle a doppio neutrone più pesanti possano essere sistemi a fusione rapida, il che significa che si stanno fondendo troppo velocemente per essere visibili nelle osservazioni radio e potrebbero essere visti solo nelle onde gravitazionali.

GW190425 e il canale a fusione rapida

Lo studio ha trovato un lieve supporto per un canale in rapida fusione, indicando che i sistemi di stelle a doppio neutrone pesanti potrebbero non aver bisogno di uno scenario di fusione rapida per spiegare la mancanza di osservazioni nelle popolazioni radio. "Troviamo che GW190425 non è un valore anomalo rispetto alla più ampia popolazione di stelle di neutroni doppi, ", afferma il coautore dello studio Christian Adamcewicz, dalla Monash University. "Così, questi sistemi possono essere rari, ma non sono necessariamente indicativi di una popolazione separata in rapida fusione".

Nei futuri rilevamenti di onde gravitazionali, i ricercatori possono aspettarsi di osservare più fusioni di stelle di neutroni doppie. "Se i rilevamenti futuri rivelano una discrepanza più forte tra le popolazioni di onde radio e gravitazionali, il nostro modello fornisce una spiegazione naturale del motivo per cui stelle di neutroni doppi così massicce non sono comuni nelle popolazioni radio, " aggiunge il co-autore Dr. Simon Stevenson, un ricercatore postdottorato OzGrav presso la Swinburne University of Technology.