Stelele cu neutroni sunt cele mai dense obiecte din Univers, mai mari decât Soarele în masă, dar condensate într-o sferă relativ mică.
Cât de mari sunt stelele cu neutroni? Estimările anterioare ale razei variau de la opt la șaisprezece kilometri. Astrofizicienii de la Universitatea Goethe din Frankfurt (Germania) au reușit să determine dimensiunea stelelor de neutroni până la 1,5 kilometri folosind o abordare statistică complexă bazată pe măsurarea undelor gravitaționale. Raportul cercetătorilor este prezentat în Physical Review Letters.
Stelele neutronice sunt cele mai dense obiecte din Univers, cu o masă mai mare decât Soarele, dar condensate într-o sferă relativ mică. De mai bine de 40 de ani, dimensionarea stelelor de neutroni a fost Sfântul Graal al fizicii nucleare, a cărui descoperire va oferi informații importante despre comportamentul fundamental al densităților nucleare.
Datele privind detectarea undelor gravitaționale dintr-o fuziune de stele neutronice (GW170817) aduc o contribuție importantă la rezolvarea acestui enigm. La sfârșitul anului 2017, profesorul Luciano Rezzolla, împreună cu elevii săi Elias Most și Lucas Weich, le-a folosit deja pentru a răspunde la o întrebare de lungă durată despre masa maximă pe care o pot avea stelele de neutroni înainte de a se prăbuși într-o gaură neagră. După primul rezultat important, aceeași echipă, cu ajutorul profesorului Jurgen Schaffner-Belich, a început să stabilească limite mai stricte pentru mărimea stelelor de neutroni.
O reprezentare artistică a coliziunii stelelor neutronice care au generat unde gravitaționale. Credit: Carnegie Institution for Science.
Concluzia este că nu se cunoaște ecuația de stare care descrie materia din stelele neutronice. Fizicienii au ales metode statistice pentru a determina dimensiunea stelelor de neutroni în limite înguste. Ei au calculat peste două miliarde de modele teoretice rezolvând ecuația lui Einstein pentru ei și au combinat acest mare set de date cu constrângerile detectării GW170817 a undelor gravitaționale.
Ca rezultat, cercetătorii au determinat raza unei stele tipice de neutroni la o diferență de 1,5 kilometri: aceasta variază de la 12 la 13,5 kilometri, care poate fi rafinată în continuare prin viitoarele detectări ale undelor gravitaționale.
„Cu toate acestea, problema ar fi putut avea mai multe soluții”, comentează Jurgen Schaffner-Belich. Este posibil ca la densități ultra-ridicate, substanța să își schimbe dramatic proprietățile și să se apropie de așa-numita „tranziție de fază”. Acest lucru este similar cu ceea ce se întâmplă cu apa atunci când îngheață și trece de la lichid la solid. În cazul stelelor cu neutroni, această tranziție se presupune că transformă materia obișnuită în materie „quark”, creând stele care vor avea aceeași masă ca „geamana” lor, steaua de neutroni, dar sunt mult mai mici și, prin urmare, chiar mai compacte.
Video promotional:
Deși nu există dovezi ale existenței lor, acestea pot fi o soluție plauzibilă, iar cercetătorii de la Frankfurt au luat în calcul această posibilitate, în ciuda complicațiilor suplimentare. Efortul a dat roade: stelele gemene au fost statistic improbabile. Aceasta este o constatare importantă care acum permite oamenilor de știință să excludă potențial existența acestor obiecte foarte compacte. Observațiile viitoare ale undelor gravitaționale vor dezvălui dacă stelele cu neutroni au gemeni exotici.
