Un team di ricerca internazionale ha combinato per la prima volta i dati provenienti da esperimenti sugli ioni pesanti, misurazioni delle onde gravitazionali e altre osservazioni astronomiche utilizzando modelli teorici avanzati per vincolare in modo più preciso le proprietà della materia nucleare che si trova all'interno delle stelle di neutroni. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature .

In tutto l'universo, le stelle di neutroni nascono in esplosioni di supernova che segnano la fine della vita delle stelle massicce. A volte le stelle di neutroni sono legate in sistemi binari e alla fine si scontrano tra loro. Questi fenomeni astrofisici ad alta energia presentano condizioni così estreme da produrre la maggior parte degli elementi pesanti, come argento e oro. Di conseguenza, le stelle di neutroni e le loro collisioni sono laboratori unici per studiare le proprietà della materia a densità ben oltre le densità all'interno dei nuclei atomici. Gli esperimenti di collisione con ioni pesanti condotti con acceleratori di particelle sono un modo complementare per produrre e sondare materia ad alta densità e in condizioni estreme.

Nuove informazioni sulle interazioni fondamentali in gioco nella materia nucleare

"La combinazione delle conoscenze della teoria nucleare, dell'esperimento nucleare e delle osservazioni astrofisiche è essenziale per far luce sulle proprietà della materia ricca di neutroni nell'intero intervallo di densità sondato nelle stelle di neutroni", ha affermato Sabrina Huth, Istituto di Fisica Nucleare presso l'Università Tecnica di Darmstadt, che è uno degli autori principali della pubblicazione. Peter TH Pang, un altro autore principale dell'Institute for Gravitational and Subatomic Physics (GRASP), Università di Utrecht, ha aggiunto:"Troviamo che i vincoli derivanti dalle collisioni di ioni d'oro con acceleratori di particelle mostrano una notevole coerenza con le osservazioni astrofisiche anche se sono ottenuti con metodi completamente diversi."

I recenti progressi nell'astronomia multi-messaggero hanno consentito al team di ricerca internazionale, che ha coinvolto ricercatori provenienti da Germania, Paesi Bassi, Stati Uniti e Svezia, di acquisire nuove conoscenze sulle interazioni fondamentali in gioco nella materia nucleare. In uno sforzo interdisciplinare, i ricercatori hanno incluso le informazioni ottenute nelle collisioni di ioni pesanti in una struttura che combina osservazioni astronomiche di segnali elettromagnetici, misurazioni delle onde gravitazionali e calcoli astrofisici ad alte prestazioni con calcoli teorici di fisica nucleare. Il loro studio sistematico combina per la prima volta tutte queste singole discipline, indicando una pressione più alta a densità intermedie nelle stelle di neutroni.

Inclusi dati sulle collisioni di ioni pesanti

Gli autori hanno incorporato le informazioni dagli esperimenti di collisione con ioni d'oro eseguiti presso il GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung a Darmstadt, nonché presso il Brookhaven National Laboratory e il Lawrence Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti nella loro procedura in più fasi che analizza i vincoli della teoria nucleare e delle osservazioni astrofisiche, comprese le misurazioni della massa delle stelle di neutroni attraverso osservazioni radio, informazioni dalla missione Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e osservazioni multi-messaggero di fusioni binarie di stelle di neutroni.

I teorici del nucleare Sabrina Huth e Achim Schwenk della Technical University Darmstadt e Ingo Tews del Los Alamos National Laboratory sono stati fondamentali per tradurre le informazioni ottenute nelle collisioni di ioni pesanti nella materia stellare di neutroni, necessaria per incorporare i vincoli dell'astrofisica.

L'inclusione dei dati sulle collisioni di ioni pesanti nelle analisi ha consentito ulteriori vincoli nella regione di densità in cui la teoria nucleare e le osservazioni astrofisiche sono meno sensibili. Ciò ha contribuito a fornire una comprensione più completa della materia densa. In futuro, i vincoli migliorati derivanti dalle collisioni di ioni pesanti possono svolgere un ruolo importante nel collegare la teoria nucleare e le osservazioni astrofisiche fornendo informazioni complementari. Ciò è particolarmente vero per gli esperimenti che sondano densità più elevate e la riduzione delle incertezze sperimentali ha un grande potenziale per fornire nuovi vincoli per le proprietà delle stelle di neutroni. Nuove informazioni su entrambi i lati possono essere facilmente incluse nel quadro per migliorare ulteriormente la comprensione della materia densa nei prossimi anni. + Esplora ulteriormente

Buco nero o nessun buco nero:sull'esito delle collisioni di stelle di neutroni