La materia nei nuclei delle vecchie nane bianche e nelle croste delle stelle di neutroni è compressa a densità inimmaginabili da intense forze gravitazionali. La comunità scientifica ritiene che questa materia sia composta da cristalli di Coulomb che si formano a temperature potenzialmente fino a 100 milioni di Kelvin.

Denis A. Baiko e Andrew A. Kozhberov, ricercatori dell'Istituto Ioffe di San Pietroburgo, Russia, chiarire la fisica di questi cristalli questa settimana nel diario Fisica dei Plasmi .

Un cristallo di Coulomb si forma quando i nuclei atomici nudi si allineano in un reticolo a densità e temperature in cui l'energia cinetica media degli ioni è circa 175 volte inferiore all'energia potenziale tipica delle repulsioni delle forze di Coulomb tra di loro.

Questo studio è la prima analisi simultanea degli effetti di forti campi magnetici e schermatura di elettroni sul movimento degli ioni in un cristallo di Coulomb.

"Questo progetto è la descrizione più dettagliata di questi cristalli fino ad oggi, "Ha detto Baiko. "Questo è particolarmente importante in astrofisica per la nostra comprensione dell'evoluzione delle stelle di neutroni e delle nane bianche".

Quando una stella esaurisce la sua scorta di gas idrogeno, muore e soccombe alla sua stessa gravità. Stelle, come il nostro sole, morire e formare nane bianche, mentre le stelle più grandi formano stelle di neutroni. Baiko è stato attratto da una descrizione realistica della materia della crosta di stelle di neutroni che lo ha portato a esaminare i cristalli di Coulomb.

Nello studio, i ricercatori hanno sviluppato una serie di calcoli per esaminare le proprietà dei fononi o delle vibrazioni all'interno del reticolo dei cristalli di Coulomb. Durante l'esperimento, anche i cristalli di diversa densità sono stati esposti a un intervallo di temperature.

Il team ha iniziato con un cristallo di Coulomb ideale e ha aggiunto in modo incrementale complessità:uno sfondo di elettroni polarizzabili, magnetizzazione del moto ionico e diverse strutture reticolari. Ciascuno di questi effetti modifica i fononi in modi diversi. Secondo Baiko, questi calcoli possono essere utilizzati per comprendere la termodinamica, proprietà cinetiche ed elastiche dei cristalli di Coulomb in croste di stelle di neutroni e nuclei di nane bianche.

Nel futuro, Baiko e il suo team vogliono calcolare la conduttività elettrica e termica degli elettroni dovuta alla diffusione anelastica di elettroni-fononi in cristalli di Coulomb fortemente magnetizzati. La conduttività termica determina la velocità con cui il calore viene trasportato dai nuclei caldi alla superficie delle stelle, mentre la conduttività elettrica è necessaria per comprendere la diffusione e la deriva del campo magnetico. Un tale calcolo consentirebbe di ricostruire le storie termiche e magnetiche di questi affascinanti oggetti stellari.

"Ciò che è entusiasmante di questo lavoro è che si possono prendere in considerazione diversi effetti fisici contemporaneamente e ottenere nuovi, risultati illuminanti e pertinenti con mezzi piuttosto modesti, "Baiko ha detto. "E 'bello."