Collisioni di stelle di neutroni ed espansione dell’Universo

Scoperto un nuovo sistema binario di stelle di neutroni, con caratteristiche nuove, che apre nuove frontiere nella comprensione del meccanismo di espansione dell'Universo

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Un team internazionale, guidato da ricercatori della University of East Anglia (UEA), ha realizzato un importante passo avanti nella comprensione delle collisioni di stelle morte e dell’espansione dell’Universo. Questo passo avanti è stato rappresentato dalla scoperta di una nuova pulsar, stelle di neutroni rotanti magnetizzate, che emettono, dai propri poli magnetici, onde radio altamente focalizzate. La scoperta, pubblicata lo scorso 8 luglio 2020 nella rivista Nature, è stata resa possibile grazie al radio telescopio di Arecibo a Puerto Rico.

Questa nuova pulsar (nota come PSR J1913+1102) è parte integrante di un sistema binario – ovvero un sistema bloccato in un’orbita strettamente legata a un’altra stella di neutroni.

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Le stelle di neutroni sono ciò che resta dell’esplosione in supernova di stelle di grande massa non abbastanza massicce per collassare in un buco nero. Sono costituite dalla materia più densa che si conosca, la compressione di centinaia di migliaia di volte la massa della Terra, in una sfera delle dimensioni di una città.

Nell’arco di mezzo miliardo di anni le due stelle di neutroni collideranno, rilasciando un’enorme quantità di energia sotto forma di onde gravitazionali e di luce.

Ma questa nuova pulsar è considerata inusuale perché le masse delle sue due stelle di neutroni sono abbastanza differenti – con una molto più grande dell’altra.

Questo sistema asimmetrico agli scienziati lo spunto per affermare che le fusioni di doppie stelle di neutroni possono fornire degli indizi per la risoluzione di alcuni misteri astrofisici irrisolti – tra cui una più accurata determinazione del tasso di espansione dell’Universo, noto come costante di Hubble.

Il responsabile della ricerca, Dr. Robert Ferdman, della UEA’s School Of Physics, segnala che gli scienziati del LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) hanno i rilevato la fusione di due stelle per la prima volta nel 2017. L’evento provocò delle increspature nel tessuto dello spazio-tempo sotto forma di onde gravitazionali, come aveva già previsto Albert Einstein un secolo fa.

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Questo spettacolare evento, noto come GW170817, fu osservato anche con telescopi tradizionali in osservatori sparsi in tutto il mondo, e fu quindi possibile identificarne la localizzazione a 130 milioni di anni luce dalla nostra Via Lattea.

L’evento osservato ha permesso di confermare che il fenomeno dei lampi brevi di raggi gamma è dovuto alla fusione di due stelle di neutroni. Grazie a ciò, è ora plausibile l’ipotesi che queste stelle di neutroni siano la causa principale della produzione della maggior parte degli elementi più pesanti, come per esempio l’oro.

La potenza rilasciata in una frazione di secondo quando due stelle di neutroni collidono è veramente enorme – decine di volte più intensa rispetto a quelle di tutte le stelle dell’Universo unite.

L’evento GW170817 non era un fenomeno assolutamente inaspettato. Ciò che ha stupito astronomi ed astrofisici sono state piuttosto, l’enorme quantità di materia prodotta dalla fusione e la sua eccezionale luminosità.

Il Dr. Ferdman ricorda che la maggior parte delle teorie su questo particolare evento assume che le stelle di neutroni bloccate in sistemi binari debbano avere masse molto simili. Ma la scoperta del gruppo della University of East Anglia ha modificato radicalmente questo assunto. Infatti, le stelle di neutroni del sistema binario scoperto hanno masse molto diverse tra loro.

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Queste due stelle collideranno e si fonderanno fra circa 470 milioni di anni, che, sulla scala dei tempi umani può apparire un tempo lunghissimo, ma di fatto si tratta solo di una piccola frazione dell’età dell’Universo.

Dal momento che una stella di neutroni è molto più grande dell’altra, probabilmente prima dell’evento la stella maggiore assorbirà materia dall’altra e potrebbe arrivare a distruggerla prima che si verifichi la fusione.

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Questa distruzione di marea (tecnicamente tidal disruption) causa l’emissione di una quantità di materiale caldo più ingente di quanto ci si aspetti per sistemi binari costituiti da stelle di massa equivalente, con la conseguenza che viene emessa una maggiore potenza.

Sebbene il GW170817 possa essere spiegato anche da altre teorie, è possibile confermare che sia plausibile l’esistenza di un sistema di stelle di neutroni genitore, con masse significativamente differenti, simile al sistema PSRJ1913+1102.

L’aspetto più importante della scoperta è che essa mette in evidenza l’esistenza di molti altri sistemi simili – e che più di un decimo di questi sistemi genera una fusione di stelle di neutroni.

Questa particolare distruzione tra stelle di neutroni potrebbe permettere agli astrofisici di ottenere nuovi importanti indizi sulla materia esotica che costituisce la parte interna di questi densi oggetti estremi.

Questa materia è così densa e misteriosa che gli scienziati non hanno ancora ben compreso di cosa essa sia costituita. Vengono raggiunti valori così elevati di densità che al momento non è possibile riprodurli in laboratorio sulla Terra.

La distruzione della stella di neutroni più leggera aumenterebbe anche la luminosità del materiale espulso dalla fusione. Questo significa che questo fenomeno può essere osservato non solo con i rilevatori di onde gravitazionali come il LIGO, ubicato negli Stati Uniti, e il VIRGO, collocato in Europa, ma anche con i telescopi convenzionali.

Secondo il Dr. Ferdman, questa scoperta potrebbe dare lo spunto per effettuare delle misure completamente indipendenti della costante di Hubble – ovvero la velocità con cui l’Universo si sta espandendo.

Al momento, i due metodi principali per raggiungere questo scopo sono antitetici fra di loro e restituiscono risultati diversi, pertanto questa scoperta rappresenta un modo cruciale per sbloccare lo stallo e comprendere meglio come si è evoluto l’Universo.

Fonte: scitechdaily.com