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Stelle di neutroni: un limite stringente alla loro massa

Stelle di neutroni: un limite stringente alla loro massa

Quanto può essere massiccia una stella di neutroni? Secondo uno studio recente, non più di 2.16 volte la massa del Sole. Questi corpi celesti estremi e affascinanti, la cui esistenza è stata teorizzata negli anni ‘30 del secolo scorso, e che hanno dovuto attendere oltre 30 anni per essere osservati, vengono oggi studiati in grande dettaglio, eppure nascondono ancora numerosi misteri. Tra questi, ad esempio, il limite di massa oltre il quale la loro struttura non può più reggere e collassano cedendo alla forza gravitazionale. Grazie alle informazioni raccolte durante l’evento di onde gravitazionali registrato ad agosto del 2017, prodotto dal collasso di due stelle di neutroni, un team di ricercatori dell’Università di Francoforte ha calcolato un nuovo rigoroso limite per il valore massimo che può raggiungere la massa di questi oggetti compatti. I risultati sono stati pubblicati sull’ultimo numero della rivista The Astrophysical Journal.

Le stelle di neutroni, con raggi attorno alla decina di chilometri e masse un paio di volte quella del Sole, sono gli oggetti più densi dell’Universo, fatta esclusione per i buchi neri. I loro campi gravitazionali sono estremamente elevati e le loro densità è tale che un cucchiaino da caffè della materia di cui sono fatte pesa sulla Terra quanto tutti gli esseri umani che la popolano. La forza che le tiene insieme, però, è destinata a cedere: esiste un valore massimo per la massa di una stella di neutroni, e superato quello la materia non potrà fare altro che trasformarsi in un buco nero. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Francoforte, guidati dal fisico Luciano Rezzolla, è riuscito a estrapolare questo valore massimo con una precisione di pochi punti percentuali. Stando ai loro calcoli una stella di neutroni non può superare le 2.16 masse solari.

Il risultato è stato ottenuto combinando i dati raccolti durante l’evento di onde gravitazionali della scorsa estate, quello prodotto dallo scontro tra due stelle di neutroni, con l’approccio delle cosiddette “relazioni universali”, sviluppato sempre a Francoforte qualche anno fa. Le “relazioni universali” implicano che le stelle di neutroni hanno proprietà che possono essere espresse in termini di quantità adimensionali. Questo semplifica i calcoli, rendendoli indipendenti dall’equazione di stato, ovvero il modello che descrive lo stato in cui si trova la materia all’interno della stella. «La bellezza degli studi teorici sta nel fatto che possono darci previsioni. Tuttavia, la teoria ha bisogno disperato di esperimenti per indagare il proprio campo di validità», spiega Rezzolla. «È quindi notevole che l’osservazione di una singola fusione di stelle di neutroni, combinata alle relazioni universali emerse dal nostro lavoro teorico, ci abbia permesso di risolvere un enigma che in passato ha dato vita a tante speculazioni».

L’astronomia delle onde gravitazionali ha solo iniziato ad aprirci gli occhi su una nuova finestra dell’Universo. Nei prossimi anni ci aspettiamo di raccogliere un numero sempre maggiore di eventi, e questo ci porterà a conoscere con precisione crescente le incertezze sulla massa massima delle stelle di neutroni. Questo tipo di indagini ci permetterà, tra l’altro, di conoscere meglio il comportamento della materia in condizioni estreme.

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