Stelle di neutroni: le onde gravitazionali ne rivelano proprietà inedite

Una migliore comprensione del funzionamento interno delle stelle di neutroni porterà a una maggiore conoscenza delle dinamiche che sostengono il funzionamento dell’Universo e potrebbe anche aiutare a guidare la tecnologia futura, ha affermato il professore di fisica dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign Nicolas Yunes.

Sistemi di stelle di neutroni doppie o binarie

Un nuovo studio condotto da Yunes descrive in dettaglio come nuove intuizioni su come le forze di marea dissipative all’interno di sistemi di stelle di neutroni doppie o binarie informeranno la nostra comprensione dell’Universo.

“Le stelle di neutroni sono i nuclei collassati delle stelle e gli oggetti materiali stabili più densi nell’Universo, molto più densi e freddi delle condizioni che i collisionatori di particelle possono persino creare“, ha affermato Yunes, che è anche il direttore fondatore dell’Illinois Center for Advanced Studies of the Universe.

“La loro mera esistenza ci dice che ci sono proprietà invisibili correlate all’astrofisica, alla fisica gravitazionale e alla fisica nucleare che svolgono un ruolo critico nel funzionamento interno del nostro Universo“. Tuttavia, molte di queste proprietà precedentemente inosservate sono diventate osservabili con la scoperta delle onde gravitazionali.

Lo studio

“Le proprietà delle stelle di neutroni si imprimono nelle onde gravitazionali che emettono. Queste onde poi viaggiano per milioni di anni luce nello spazio fino ai rilevatori sulla Terra, come l’avanzato European Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory e la Virgo Collaboration“, ha spiegato Yunes: “Rilevando e analizzando le onde, possiamo dedurre le proprietà delle stelle di neutroni e apprendere di più sulla loro composizione interna e sulla fisica in gioco nei loro ambienti estremi”.

In quanto fisico gravitazionale, Yunes era interessato a determinare come le onde gravitazionali codificano le informazioni sulle forze di marea che distorcono la forma delle stelle di neutroni e influenzano il loro moto orbitale.

Queste informazioni potrebbero anche fornire ai fisici maggiori informazioni sulle proprietà dinamiche dei materiali delle stelle, come l’attrito interno o la viscosità: “Che potrebbero darci informazioni sui processi fisici fuori equilibrio che determinano il trasferimento netto di energia dentro o fuori un sistema”.

Utilizzando i dati dell’evento di onde gravitazionali identificato come GW170817, Yunes, insieme ai ricercatori dell’Illinois Justin Ripley, Abhishek Hegade e Rohit Chandramouli, ha utilizzato simulazioni al computer, modelli analitici e sofisticati algoritmi di analisi dei dati per verificare che le forze di marea fuori equilibrio all’interno di sistemi binari di stelle di neutroni siano rilevabili tramite onde gravitazionali.

L’evento GW170817 non è stato abbastanza forte da produrre una misurazione diretta della viscosità, ma il team di Yunes è stato in grado di porre i primi vincoli osservativi su quanto grande possa essere la viscosità all’interno delle stelle di neutroni.

Conclusioni

“Si tratta di un progresso importante, in particolare per l’ICASU e l’U. of I.”, ha concluso Yunes: “Negli anni ’70, ’80 e ’90, l’Illinois è stato pioniere di molte delle principali teorie alla base della fisica nucleare, in particolare quelle collegate alle stelle di neutroni. Questa eredità può continuare con l’accesso ai dati dei rivelatori avanzati LIGO e Virgo, le collaborazioni rese possibili dall’ICASU e i decenni di competenza in fisica nucleare già in atto qui“.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Astronomy.