Amici della Scienza

Stelle di neutroni: un nuovo modello per scrutarne i dettagli

Stelle di neutroni: I ricercatori di onde gravitazionali dell’Università di Birmingham hanno sviluppato un nuovo modello che promette di fornire nuove intuizioni sulla struttura e sulla composizione delle stelle di neutroni.

Il modello mostra che le vibrazioni, o oscillazioni, all’interno delle stelle possono essere misurate direttamente dal solo segnale dell’onda gravitazionale. Questo perché le stelle di neutroni si deformeranno sotto l’influenza delle forze di marea, permettendo loro di oscillare a frequenze caratteristiche e queste codificano informazioni uniche sulla stella dal segnale dell’onda gravitazionale.

Questo rende l’astrosismologia – lo studio delle oscillazioni stellari – con le onde gravitazionali provenienti dalle stelle di neutroni in collisione, un nuovo promettente strumento per sondare la natura sfuggente della materia nucleare estremamente densa.

stelle di neutroni
I risultati di una simulazione di relatività numerica di due stelle di neutroni che si fondono simili a GW170817. CREDITO Università di Birmingham

Le stelle di neutroni sono i resti ultravioletti delle stelle massicce collassate. Ne sono state osservate a migliaia nello spettro elettromagnetico e ancora poco si sa sulla loro natura. Informazioni uniche possono essere raccolte misurando le onde gravitazionali emesse quando due stelle di neutroni si incontrano e formano un sistema binario.

Previste per la prima volta da Albert Einstein, queste increspature nello spazio-tempo sono state rilevate per la prima volta dall’osservatorio laser avanzato per interferenze gravitazionali (LIGO) nel 2015.

Utilizzando il segnale dell’onda gravitazionale per misurare le oscillazioni delle stelle di neutroni, i ricercatori saranno in grado di scoprire nuove intuizioni sull’interno di queste stelle. Lo studio è pubblicato su Nature Communications .

Il dott. Geraint Pratten, del Gravitational Wave Institute dell’Università di Birmingham, è l’autore principale dello studio. Spiega:

“Mentre le due stelle si avvolgono a spirale, le loro forme vengono distorte dalla forza gravitazionale esercitata dalla loro compagna. Questo diventa sempre più pronunciato e lascia un’impronta unica nel segnale dell’onda gravitazionale. Le forze di marea che agiscono sulle stelle di neutroni eccitano le oscillazioni all’interno della stella dandoci un’idea sulla loro struttura interna. Misurando queste oscillazioni dal segnale dell’onda gravitazionale, possiamo estrarre informazioni sulla natura fondamentale e la composizione di questi oggetti misteriosi che altrimenti inaccessibile “.

Il modello sviluppato dal team consente di determinare per la prima volta la frequenza di queste oscillazioni direttamente dalle misure sulle onde gravitazionali. I ricercatori hanno usato il loro modello sul primo segnale di onda gravitazionale osservato da una fusione binaria di stelle di neutroni – GW170817.

La co-autrice, la dott.ssa Patricia Schmidt, ha aggiunto:

“Dopo quasi tre anni dopo che sono state osservate le prime onde gravitazionali da una stella di neutroni binaria, stiamo ancora trovando nuovi modi per estrarre informazioni su di esse dai segnali. Con più informazioni possiamo sviluppare modelli teorici sempre più sofisticati, avvicinandoci sempre più alla vera natura delle stelle di neutroni “.

Gli osservatori di onde gravitazionali di prossima generazione, pianificati per gli anni 2030, saranno in grado di rilevare molte più stelle di neutroni binarie e di osservarle in modo molto più dettagliato di quanto sia attualmente possibile. Il modello prodotto dal team di Birmingham darà un contributo significativo a questa scienza.

“Le informazioni di questo primo evento sono limitate poiché durante la rilevazione c’era molto rumore di fondo che rendeva difficile isolare il segnale, con strumenti più sofisticati è possibile misurare le frequenze di oscillazioni in modo molto più preciso al fine produrre alcune intuizioni davvero interessanti.” afferma Pratten.

La prima rilevazione delle onde gravitazionali prodotte dalla collisione di stelle di neutroni

Si chiama GW170817, è stato un segnale di onda gravitazionale misurato dai due interferometri LIGO e Virgo il 17 agosto 2017. Per la prima volta è stata rilevata anche la radiazione elettromagnetica associata all’esplosione avvenuta durante il fenomeno che ha generato l’onda gravitazionale, ponendo una vera e propria pietra miliare nella storia dell’astronomia multi-messaggio (o “multi-messaggero”).

Il segnale di onda gravitazionale, che ha avuto la durata di circa 100 secondi, ha segnato la prima rilevazione di un’onda gravitazionale generata durante la fusione di due stelle di neutroni ed era associato ad un breve e poco intenso lampo gamma, denominato GRB 170817A, e ad un evento astronomico transiente, denominato SSS17a, osservati nella galassia NGC 4993.

Non sono però stati rilevati neutrini di alta energia emessi in coincidenza di GW170817 e nessun segnale impulsivo di neutrini da supernova è stato osservato in coincidenza con la fusione.

Questo evento costituisce la prova più forte a sostegno della tesi che vede la collisione di stelle binarie collegata ai lampi gamma corti. Esso ha anche fornito un limite alla differenza che può esservi tra velocità della luce e velocità della gravità (intesa come velocità delle onde gravitazionali, la quale, secondo la teoria della relatività generale, è uguale a quella della luce), con un valore massimo, vGW − vEM, compreso tra −3×10−15 e +7×10−16 volte la velocità della luce.

Inoltre, la collisione ha permesso un’indagine sul principio di equivalenza (attraverso la misurazione del ritardo di Shapiro) e sull’invarianza di Lorentz. Le nuove osservazioni hanno ridotto i limiti delle possibili violazioni dell’invarianza di Lorentz fino a dieci ordini di grandezza.

Il segnale GW170817 ha anche escluso la validità di alcune teorie alternative alla relatività generale, incluse alcune varianti della gravità di Hořava-Lifschitz e della teoria della gravitazione di Brans-Dicke.

Segnali di onde gravitazionali come il GW170817 possono essere utilizzati per fornire misure indipendenti della costante di Hubble.

Le osservazioni elettromagnetiche effettuate hanno inoltre dato supporto alla teoria secondo la quale le fusioni di stelle di neutroni avrebbero un ruolo fondamentale nella nucleosintesi del processo r.

La prima rilevazione simultanea di onde gravitazionali ed elettromagnetiche raccontata dai protagonisti: scienziate e scienziati Inaf che vi hanno grandemente contribuito. Interviste e riprese di Marco Malaspina, Marco Galliani e Giuseppina Pulcrano. Montaggio di Stefano Parisini.

Riferimenti e approfondimenti

  1. B. P. Abbott, GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral, in Physical Review Letters, vol. 119, n. 16, 16 ottobre 2017, DOI:10.1103/PhysRevLett.119.161101.
  2. Neutron star discovery marks breakthrough for ‘multi-messenger astronomy’, csmonitor.com, 16 ottobre 2017.
  3.  Dennis Overbye, LIGO Detects Fierce Collision of Neutron Stars for the First TimeThe New York Times, 16 ottobre 2017. 
  4. Amici della Scienza
0 0 vote
Article Rating
Summary
Stelle di neutroni: un nuovo modello per scrutarne i dettagli
Article Name
Stelle di neutroni: un nuovo modello per scrutarne i dettagli
Description
I ricercatori di onde gravitazionali dell'Università di Birmingham hanno sviluppato un nuovo modello che promette di fornire nuove intuizioni sulla struttura e sulla composizione delle stelle di neutroni.
Admin
Amici della Scienza
Stelle di Neutroni
https://www.focusuniverse.com/wp-content/uploads/2020/05/cats-1.png
Subscribe
Notificami
guest
0 Commenti
Inline Feedbacks
View all comments
Translate »
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x