Ad eccezione dei buchi neri, le stelle di neutroni sono gli oggetti più densi dell'Universo. Come segue
Cosa sono le stelle di neutroni?
Dopo che le stelle massicce hanno esaurito il loro carburanteed esplodono come supernovae, si possono formare oggetti estremamente compatti: stelle di neutroni. Sono insolitamente densi. Quindi, un cucchiaino di materia di una stella di neutroni peserà circa 112 milioni di tonnellate sulla Terra. Tuttavia, sono molto piccole: una stella di neutroni media può rientrare nei confini di Londra. Ma il Sole, la stella più vicina a noi, può ospitare più di un milione di Terre.
Le stelle di neutroni sono di piccole dimensioni ma molto dense. Una tipica stella di neutroni rispetto a Londra.
Credito immagine e copyright: Kolbjorn Skarpnes, NTNU
Per raggiungere una tale densità, dovresti comprimere un corpo massiccio come il Sole fino alle dimensioni di una città come Francoforte.
Oggi gli scienziati ne conoscono l'esistenzaDa 2.000 a 3.000 stelle di neutroni nella Via Lattea. Ma si ritiene che ce ne siano molti di più. Sono difficili da rilevare per molte ragioni, dalle loro piccole dimensioni (almeno per gli standard astronomici) alla loro bassa luminosità nella luce visibile.
Perché sono così interessanti?
Tutti gli oggetti nell'universo sono costituiti da stelle.sostanze. Tuttavia, non tutti i luminari sintetizzano gli stessi elementi chimici. Le stelle ordinarie sono fabbriche per la produzione di elio, carbonio e altri elementi leggeri familiari.
Illustrazione: ESO
La creazione di quelli più pesanti, come argento, oro e platino, richiede la collisione di stelle di neutroni.
Quali domande hanno gli scienziati sulle stelle di neutroni?
Misurare le onde gravitazionali, piccolele oscillazioni dello spazio-tempo derivanti dalla collisione di due stelle di neutroni si sono verificate solo nel 2017. Tuttavia, la composizione del prodotto di fusione caldo e denso risultante non è nota con precisione. Ci sono ancora domande aperte, ad esempio se i quark, che altrimenti verrebbero catturati dai neutroni, possano apparire in forma libera dopo una collisione. Per scoprirlo, gli autori del nuovo studio hanno sviluppato un nuovo modello.
Cosa hanno fatto i ricercatori?
Nell'ambito del nuovo studio, gli scienziati hanno ampliatomodelli di fisica nucleare che non sono applicabili ad alte densità. Per fare ciò, hanno utilizzato un metodo utilizzato nella teoria delle stringhe per descrivere la transizione verso la materia di quark densa e calda.
Quark è una particella elementare e fondamentalecomponente della materia. I quark si combinano per formare particelle composite chiamate adroni, i più stabili dei quali sono protoni e neutroni, componenti dei nuclei atomici.
Illustrazione del nuovo metodo:i ricercatori utilizzano buchi neri cinquedimensionali (a destra) per calcolare il diagramma di fase della materia fortemente legata (al centro). Ciò rende possibile simulare le fusioni di stelle di neutroni e le risultanti onde gravitazionali (a sinistra).
Credito: Goethe University Francoforte sul Meno
Gli autori dello studio hanno utilizzato la matematicauna relazione riscontrata nella teoria delle stringhe, vale a dire la corrispondenza tra buchi neri pentadimensionali e materia fortemente interagente, per descrivere la transizione di fase tra la materia nucleare densa e quella di quark.
In altre parole, i fisici usavano il pentadimensionalebuchi neri per calcolare il diagramma di fase della materia fortemente legata. Ciò ha aiutato gli scienziati a simulare la fusione di stelle di neutroni e le conseguenti onde gravitazionali.
Materia di quark costituita da u-e quark d, si distingue per un'energia di Fermi molto elevata rispetto alla normale materia atomica. Inoltre è stabile solo a temperature e/o pressioni estreme. Ciò suggerisce che solo le stelle di neutroni con un nucleo di materia di quark possono essere stelle di quark stabili.
Cosa hanno scoperto?
Gli scienziati hanno già utilizzato il nuovo modellonella modellazione computerizzata. Così sono stati in grado di calcolare il segnale delle onde gravitazionali da queste collisioni e dimostrare che come risultato dell '"incontro cosmico" delle stelle di neutroni, può apparire sia materia di quark calda che fredda.
Ricordiamo che le onde gravitazionali sono cambiamenticampo gravitazionale, che si propaga come onde. Vengono emessi dalle masse in movimento, ma dopo l'irradiazione si separano da esse ed esistono indipendentemente da queste masse. Matematicamente correlato alla perturbazione delle metriche spazio-temporali e può essere descritto come “increspature spazio-temporali”.
Qual è il prossimo?
In futuro, gli scienziati sperano di essere in grado di confrontare i modelli con le future onde gravitazionali misurate dallo spazio per comprendere meglio la materia dei quark nelle collisioni di stelle di neutroni.
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Copertina: Università di Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, tramite Wikimedia Commons