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Stelle di neutroni, alleate per lo studio delle particelle subatomiche

Un gruppo di astrofisici dell’Università di Bath (Regno Unito) ha scoperto un nuovo metodo per sondare la struttura interna delle stelle di neutroni. Quest’ultimo potrebbe fornire ai fisici nucleari un nuovo strumento per studiare le strutture che compongono la materia a livello atomico. Lo studio è stato pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Le stelle di neutroni sono stelle morte, che sono state compresse dalla gravità e sono gli oggetti più densi esistenti: ciò le rende le candidate ideali per lo studio della fisica nucleare. Nel dettaglio, gli astrofisici hanno scoperto che il movimento a spirale di due stelle di neutroni fornisce alcuni indizi sulla loro composizione. Grazie a queste informazioni, gli scienziati possono riuscire a calcolare le forze che determinano la struttura di tutta la materia. Il team di Bath ha analizzato il fenomeno della risonanza, che si verifica quando la forza viene applicata a un oggetto alla sua frequenza naturale, generando un movimento vibratorio ampio, spesso catastrofico. 

Quando una coppia di stelle di neutroni in movimento a spirale raggiunge uno stato di risonanza, la loro crosta solida, che si ritiene  sia 10 miliardi di volte più forte dell’acciaio, va in frantumi. Questo provoca un rilascio di un lampo luminoso di raggi gamma (chiamato Resonant Shattering Flare) che può essere visto dai satelliti. Le due stelle, nel corso della loro ‘danza vortcosa’, rilasciano anche le onde gravitazionali che possono essere rilevate dagli strumenti sulla Terra. I ricercatori hanno scoperto che, misurando sia il flare sia il segnale delle onde gravitazionali, possono calcolare l’energia di simmetria della stella di neutroni, una delle proprietà della materia nucleare. 

L’energia di simmetria controlla il rapporto tra le particelle subatomiche (protoni e neutroni) che compongono un nucleo e le variazioni che subisce questo rapporto, se sottoposto alle densità estreme che si trovano nelle stelle di neutroni. La conoscenza dell’energia di simmetria darebbe quindi una forte indicazione della composizione degli astri e, per estensione, delle forze che determinano la struttura di tutta la materia.

I ricercatori sottolineano che le misurazioni ottenute nello studio la risonanza delle stelle di neutroni,  utilizzando una combinazione di raggi gamma e onde gravitazionali, sarebbero complementari, ma non sostitutive degli esperimenti effettuati nei laboratori di fisica nucleare. «Le stelle di neutroni – afferma Will Newton, collaboratore del progetto di studio presso la Texas A&M University – ci forniscono un ambiente molto diverso per esplorare la fisica nucleare, caratterizzato da materia composta principalmente da neutroni e che copre un’ampia gamma di densità, fino a circa dieci volte quella dei nuclei atomici. Nel nostro lavoro mostriamo come si può misurare una certa proprietà di questa materia – l’energia di simmetria – da distanze di centinaia di milioni di anni luce. Questo può far luce sul funzionamento fondamentale dei nuclei stellari».

Crediti immagine: Università di Bath

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