Le stelle di neutroni sfidano gli astronomi | illvit.no

La stella di neutroni HESS J1731-347 pesa solo la metà di quanto dovrebbe. La scoperta capovolge la conoscenza degli astronomi sulle stelle di neutroni e potrebbe significare che anche i neutroni possono legarsi insieme in modo da far emergere tipi di stelle finora sconosciuti.

Il materiale è molto denso

Una stella di neutroni è una stella molto compatta con un diametro di solo una trentina di chilometri, ma fino a due volte il peso del Sole. Piccoli pesi massimi si verificano quando le stelle giganti – da 8 a 20 volte la massa del Sole – esauriscono il loro combustibile ed esplodono in una supernova.

Quando la stella è viva, la radiazione dei processi di combustione nel nucleo respinge il tentativo della gravità di riunire tutta la materia. Ma quando il carburante è esaurito, la gravità prende il sopravvento. Lo strato esterno di gas cade nel nucleo da tutti i lati, comprimendolo a meno di un milionesimo del suo volume originale. Provoca un cambiamento di stato.

Gli atomi sono completamente schiacciati. I protoni divorano gli elettroni e si trasformano in neutroni, che sono follemente legati insieme in una piccola stella compatta.

In altre stelle, la forza nucleare forte mantiene vicini protoni e neutroni nel nucleo di un atomo. Ma poiché la forza combatte la repulsione elettrica tra i protoni nel nucleo, che hanno una carica positiva, c’è un limite alla quantità di materia che può essere compressa, anche sotto l’enorme pressione nel nucleo della stella.

In una stella di neutroni, il nucleo consiste principalmente di soli neutroni, che sono elettricamente neutri e quindi non si respingono a vicenda. Pertanto, una stella può essere compressa a tal punto che un cucchiaino di materia di neutroni peserebbe più di un miliardo di tonnellate.

Tuttavia, le dimensioni e il peso esatti delle stelle di neutroni sono difficili da misurare, perché emettono solo raggi X e nessuna luce visibile. Quindi, prima che gli astronomi possano cercare le dimensioni e il peso di una stella di neutroni, devono conoscerne la distanza e quindi devono ricevere aiuto dai loro vicini più prossimi.

La stella di neutroni è molto piccola

Molte delle stelle di neutroni conosciute sono accoppiate con una stella normale. In questi casi, gli astronomi possono misurare la distanza dalla stella visibile e quindi dalla stella di neutroni usando i telescopi. Possono quindi farsi strada fino alle dimensioni di una stella di neutroni.

Victor Doroshenko ei suoi colleghi hanno utilizzato specificamente questo metodo per pesare e misurare la stella di neutroni HESS J1731-347 nella costellazione dello Scorpione.

La stella di neutroni è ancora in una spessa nuvola di polvere dall’esplosione della supernova ed è illuminata da una stella vicina visibile. Con l’aiuto del satellite Gaia dell’Agenzia spaziale europea, gli astronomi sono stati in grado di misurare con estrema precisione la distanza dalla stella vicina.

In sei mesi, la Terra e Gaia si spostano di 300 milioni di km verso il lato più lontano del Sole, e da ogni punto estremo dell’orbita terrestre, il satellite ha osservato la stella vicina di HESS J1731-347.

Le misurazioni mostrano che la stella luminosa – e quindi anche una stella di neutroni – si trova a 8.000 anni luce dalla Terra, che è più vicina di quanto pensassimo.

Con la distanza in atto, Viktor Doroshenko è stato in grado di vedere le dimensioni della stella di neutroni. Più potenti sono i raggi X emessi da una stella di neutroni, più è grande e pesante. Ma le osservazioni hanno mostrato che HESS J1731-347 emetteva raggi X più deboli di quanto avrebbe dovuto, perché la distanza era così piccola, e quindi la stella di neutroni è più leggera e più piccola di quanto gli astronomi ritenessero possibile.

Gli scienziati tedeschi hanno stimato che il minuscolo peso massimo contiene solo 0,77 masse solari e ha un diametro di appena 20,8 chilometri. Ciò è in netto contrasto con i modelli degli astrofisici, che prevedono che le stelle di neutroni raramente pesano meno di 1,4 masse solari.

“Le stelle di neutroni nascono in un’esplosione di supernova quando il nucleo di una stella gigante collassa, e non capiamo come questo processo possa evocare una stella di neutroni così piccola”, ha detto Viktor Doroshenko a Illustrated Science.

Se i modelli vengono spinti al limite, sono teoricamente possibili stelle di neutroni con una massa solare di 1,1, ma HESS J1731-347 cade ancora completamente fuori dagli schemi.

Piccoli pezzi possono essere costituiti da quark

Il paradosso evidenzia una nuova teoria sul misterioso interno delle stelle di neutroni. La teoria è che il nucleo della stella può essere compresso più della materia superpesante dei neutroni. Ciò accade quando i neutroni nel nucleo vengono completamente schiacciati e convertiti in neutroni Una zuppa di quark gratis Che è caratterizzato da una densità inimmaginabilmente alta.

“Se la materia ordinaria si trasforma improvvisamente in quark nel nucleo di una stella di neutroni, si innescherà un’esplosione che invia nello spazio alcuni dei neutroni negli strati esterni, riducendo la massa della stella. Se ciò accade in HESS J1731-347 , potrebbe spiegare perché ha questa piccola pepita “, afferma Viktor Doroshenko.

I neutroni nel nucleo possono anche essere convertiti in particelle chiamate pioni, che sono composte da un quark e un antiquark. Normalmente i pioni esplodono in un istante, ma sotto l’intensa pressione nel nucleo della stella di neutroni possono essere stabili. Qui, gli stati quantistici delle particelle saranno perfettamente coordinati, in modo che il nucleo agisca praticamente come un atomo molto grande e massiccio.

Una terza possibilità è che il nucleo si trasformi in un tipo di neutrone mutante chiamato iperone, che, secondo la teoria, può essere impacchettato più strettamente dei normali neutroni.

I ricercatori prenderanno in considerazione la stella

Nella loro ricerca per scoprire cosa succede nel cuore di una stella di neutroni e come si comporta la materia alla più alta densità dell’universo, gli astronomi stanno guardando ai loro telescopi.

La maggiore precisione nelle misurazioni del rapporto tra la massa di una stella di neutroni e le sue dimensioni fornirà informazioni più affidabili sulla struttura interna.

Qui, HESS J1731-347 svolgerà un ruolo di primo piano. La maggior parte delle stelle di neutroni ruota diverse centinaia di volte al minuto e ha un forte campo magnetico, ma HESS J1731-347 è più silenziosa. Ciò rende le misurazioni più sicure e i calcoli più facili.

Nel 2035, l’Agenzia spaziale europea lancerà un grande telescopio a raggi X chiamato Athene, che può catturare più radiazioni di raggi X dalla stella di neutroni e aumentarne la risoluzione.

Indipendentemente dal fatto che le misurazioni rivelino che il nucleo della stella di neutroni è costituito da neutroni ordinari, quark, un atomo gigante gigante o neutroni mutanti, è lo stato di materia più denso che si possa presumere nell’universo.

“Se la materia viene ulteriormente compressa, il passo successivo è diventare un buco nero”, afferma Viktor Doroshenko.

È proprio questo confine quando la materia supermassiccia diventa una stella di neutroni o si trasforma in un’estrema curvatura dell’universo sotto forma di un buco nero che è molto intrigante per i ricercatori. Nello specifico, potrebbe unificare la meccanica quantistica, che descrive il mondo degli atomi, e la teoria della relatività, che descrive la gravità e lo spazio, e non solo rivelare i misteriosi interni delle stelle di neutroni, ma anche dare ai fisici la teoria definitiva di tutto.