Uno studio condotto dal Prof. Fan Yizhong dell'Osservatorio Purple Mountain dell'Accademia cinese delle Scienze ha raggiunto una precisione significativa nel determinare il limite superiore di massa per le stelle di neutroni non rotanti, un aspetto fondamentale nello studio della fisica nucleare e dell'astrofisica.
I ricercatori hanno dimostrato che la massa gravitazionale massima di una stella di neutroni non rotante è di circa 2,25 masse solari con un’incertezza di appena 0,07 masse solari. Il loro studio è pubblicato su Physical Review D .
Il destino finale di una stella massiccia è strettamente legato alla sua massa. Le stelle più leggere di otto masse solari terminano il loro ciclo di vita come nane bianche, supportate dalla pressione di degenerazione elettronica con un limite di massa superiore ben noto, il limite di Chandrasekhar, vicino a 1,4 masse solari.
Per le stelle più pesanti di otto ma più leggere di 25 masse solari si produrranno stelle di neutroni che, invece, sono sostenute principalmente dalla pressione di degenerazione neutronica. Per le stelle di neutroni non rotanti esiste anche una massa gravitazionale critica (cioè MTOV ) noto come limite di Oppenheimer, al di sopra del quale la stella di neutroni collasserà in un buco nero.
Stabilire un limite di Oppenheimer preciso è piuttosto impegnativo. In base al primo principio è possibile stabilire solo limiti vaghi. Molte valutazioni specifiche sono fortemente dipendenti dal modello. Il risultante MTOV sono diversi e le incertezze sono grandi.
Il team del Prof. Fan ha perfezionato l'inferenza di MTOV incorporando robuste osservazioni multi-messaggero e dati affidabili di fisica nucleare, eludendo le incertezze presenti nei modelli precedenti. Ciò include lo sfruttamento dei recenti progressi nelle misurazioni di massa/raggio dei rilevatori di onde gravitazionali LIGO/Virgo e del Neutron star Interior Composition Explorer (NICER).
In particolare, hanno incorporato l'informazione del massimo limite di massa dedotto dalla distribuzione di massa della stella di neutroni e hanno ristretto significativamente lo spazio dei parametri, portando a una precisione senza precedenti nel MTOV dedotto. . Sono stati impiegati tre diversi modelli di ricostruzione dell'equazione di stato (EoS) per mitigare potenziali errori sistematici, ottenendo risultati quasi identici per MTOV e il raggio corrispondente, che è 11,9 km con un'incertezza di 0,6 km in tre approcci di ricostruzione EoS indipendenti.
La valutazione precisa di MTOV comporta profonde implicazioni sia per la fisica nucleare che per l’astrofisica. Indica una EoS moderatamente rigida per la materia delle stelle di neutroni e suggerisce che gli oggetti compatti con masse comprese tra circa 2,5 e 3,0 masse solari, rilevati da LIGO/Virgo, hanno maggiori probabilità di essere i buchi neri più leggeri. Inoltre, i resti della fusione di sistemi binari di stelle di neutroni che superano una massa totale di circa 2,76 masse solari collasserebbero in buchi neri, mentre i sistemi più leggeri darebbero luogo alla formazione di stelle di neutroni (sovramassive).
Ulteriori informazioni: Yi-Zhong Fan et al, Massa gravitazionale massima MTOV=2,25−0,07+0,08M⊙ dedotta con una precisione di circa il 3% con dati multimessaggeri di stelle di neutroni, Revisione fisica D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.043052. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2309.12644
Informazioni sul giornale: Revisione fisica D , arXiv
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
