Gli astronomi hanno rilevato una fusione di stelle tra buco nero e neutroni e poi un'altra solo 10 giorni dopo
L'interno di una stella di neutroni è forse lo stato più strano della materia nell'universo. Il materiale viene schiacciato così strettamente che gli atomi collassano in un mare di materiale nucleare. Non siamo ancora sicuri se i nucleoni mantengano la loro integrità in questo stato o se si dissolvano in materia di quark. Per capire veramente la materia delle stelle di neutroni dobbiamo separarla per vedere come funziona e per farlo ci vuole un buco nero. Questo è il motivo per cui gli astronomi sono entusiasti della recente scoperta non di una, ma di due fusioni tra una stella di neutroni e un buco nero.
Il comportamento di un materiale è governato dalla sua equazione di stato. Per le stelle di neutroni, questa equazione di stato è l'equazione di Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV). Ma senza una migliore comprensione dei nuclei delle stelle di neutroni, il suo uso è limitato. Ad esempio, il miglior calcolo TOV che abbiamo pone un limite superiore alla massa della stella di neutroni a circa 2,16 masse solari, ma il limite potrebbe arrivare fino a 2,6 masse solari. Per rendere l'equazione TOV più accurata, dobbiamo capire se la materia di quark si forma nel nucleo di una stella di neutroni o anche se le stelle di neutroni estreme diventano stelle di quark.
Fusioni osservate con gli eventi di stelle di neutroni evidenziati. Credito: LIGO-Virgo / Frank Elavsky, Aaron Geller / Northwestern University
La nostra migliore possibilità di impararlo viene dalle osservazioni di stelle di neutroni che collidono con i buchi neri. Quando due buchi neri si scontrano, non emettono luce direttamente, solo onde gravitazionali. Quando una stella di neutroni si scontra con un buco nero, solo la materia della stella di neutroni emette luce mentre la stella viene fatta a pezzi. Combinando le osservazioni delle onde ottiche e gravitazionali di una tale fusione, possiamo comprendere meglio le stelle di neutroni.
Nel gennaio del 2020 gli astronomi hanno rilevato due eventi di onde gravitazionali, denominati GW200105 e GW200115. Il primo era una fusione di un corpo di massa solare 9 con un corpo di massa solare 1,9, mentre il secondo era una fusione di un corpo di massa solare 6 con un corpo di massa solare 1,5. La massa più piccola in entrambi questi casi è troppo grande per essere una nana bianca, ma ben al di sotto del limite di massa per le stelle di neutroni. Quindi, sono le prime fusioni confermate buco nero/stella di neutroni. Questo è un grosso problema e sbloccherà una comprensione più profonda delle stelle di neutroni.
Sfortunatamente, quando gli astronomi hanno cercato eventi ottici che corrispondessero a quelli gravitazionali, non ne hanno trovati. Quindi non è possibile combinare dati ottici e gravitazionali per queste fusioni. Ma il team è stato in grado di calcolare le probabilità di trovare fusioni simili in futuro. Se i due eventi consecutivi non fossero un raro colpo di fortuna, allora possiamo aspettarci di vedere circa 50 eventi all'anno.
La prossima corsa di osservazione per LIGO e Virgo sarà nell'estate del 2022. Se siamo fortunati, dovrebbe darci la nostra prima visione dettagliata dell'interno di una stella di neutroni.
Riferimento:R. Abbott, et al. “ Osservazione delle onde gravitazionali da due coalescenze stella di neutroni-buco nero . 'Le lettere del diario di astrofisica915.1 (2021): L5.