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Sotto la pelle delle stelle di neutroni

Li separano almeno 18 ordini di grandezza, ma i minuscoli neutroni dei nuclei atomici e le densissime stelle di neutroni prodotte dal collasso gravitazionale di stelle massicce hanno molto in comune. E non soltanto perché i primi sono i principali ingredienti delle seconde. Anche a livello strutturale, le particelle subatomiche con carica neutra e i corpi celesti costituiti da materia esotica sono simili.

Per questo studiare in laboratorio le reazioni tra neutroni può dire molto sul comportamento nel cosmo delle stelle di neutroni. È quanto ha fatto un team di ricerca del Lawrence Livermore National Laboratory e della Washington University di St. Louis. Gli scienziati hanno utilizzato dati sperimentali di fisica atomica per cercare di capire come i neutroni si organizzano tra loro nel nucleo. Si tratta di uno dei tanti enigmi del mondo subatomico: i fisici non sanno dire con certezza in che modo i nucleoni – ovvero i principali “inquilini” del nucleo, protoni e neutroni – si scambiano l’energia necessaria per restare nel centro dell’atomo.

Il nuovo studio si avvicina per la prima volta alla risposta. I risultati, pubblicati in due articoli distinti apparsi su Physical Review C e Physical Review Letters, suggeriscono che per comprendere i meccanismi del nucleo atomico sia necessario allontanarsi fino alla periferia. Ci stiamo muovendo nel mondo dell’infinitamente piccolo, quindi occorre quello sforzo di immaginazione che i fisici nucleari operano tutti i giorni quando hanno a che fare con misure difficilmente definibili. In un atomo non si può parlare infatti di confini netti, quanto piuttosto di probabilità di trovare o meno una determinata particella.

Bene, secondo la nuova analisi quella probabilità dipende in larga parte dalla cosiddetta “pelle di neutroni” del nucleo. Nei nuclei atomici particolarmente ricchi di neutroni esiste infatti una regione dove si raggruppano ulteriori neutroni, che idealmente formano una specie di strato più esterno. Una pelle di neutroni, appunto. Sarebbe questa neutron skin a mantenere l’equilibrio dei neutroni nel nucleo, regolando l’energia che lega tra loro i neutroni del nucleo.

Ed è qui che può avvenire il passaggio dal micro al macro. Secondo gli autori, queste previsioni sul comportamento dei neutroni si possono estendere alle stelle di neutroni. In particolare, nello strato più esterno di questi oggetti celesti potrebbe trovarsi la chiave per capire in che modo le stelle di neutroni crescono e quali elementi si sprigionano quando due stelle di neutroni si scontrano.

Un fenomeno sempre più importate per gli astronomi. La moderna astronomia multimessaggera ci ha infatti insegnato che, oltre ai buchi neri, anche le stelle di neutroni possono essere una miniera d’oro per lo studio del cosmo. La prima registrazione delle onde gravitazionali emesse dallo scontro tra due stelle di neutroni ha aperto una nuova finestra sul nostro universo, fornendo al tempo stesso un possibile metro per l’espansione cosmica. Scoprire cosa succede sotto la “pelle” delle stelle di neutroni potrebbe quindi aiutare a comprendere meglio anche quelle misteriose increspature dello spazio-tempo predette da Einstein oltre un secolo fa.

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