Le stelle di neutroni per gli astrofisici sono corpi celesti estremamente complessi. Una ricerca condotta con la collaborazione della SISSA, e pubblicata sulla rivista Physical Review Letters, dimostra che per certi aspetti queste stelle potrebbero invece essere descritte in maniera molto semplice, e mostrano analogie con i buchi neri.
In quanti modi si può descrivere un oggetto? Prendiamo una mela: guardandola possiamo facilmente stimarne peso, forma e colore, mentre in questo modo è impossibile descriverla a un livello diverso, per esempio valutare la composizione chimica della sua polpa. Anche per i corpi celesti vale qualcosa di simile: fino a oggi una delle sfide degli scienziati è stata descrivere le stelle di neutroni a livello della fisica nucleare. La materia che le compone è infatti estremamente complessa, e sono state proposte alcune complicate equazioni di stato. Tuttavia non c’è ancora un accordo su quale sia quella giusta (o la migliore). Uno studio teorico condotto dalla SISSA (la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste), in collaborazione con l’Università di Atene, ha dimostrato che però le stelle di neutroni possono essere descritte anche in maniera relativamente semplice, osservando la struttura dello spazio-tempo che le circonda.
“Le stelle di neutroni sono oggetti complessi, per via della materia di cui sono composte. Possiamo immaginarle come degli enormi nuclei atomici del raggio di una decina di chilometri”, spiega Georgios Pappas, primo autore dello studio che ha condotto alla SISSA. “Una stella di neutroni è ciò che rimane del collasso di una stella di grandi dimensioni: la materia al suo interno è densissima e composta principalmente di neutroni”.
“La fisica nucleare che è necessaria per capire la natura della materia all’interno di questi corpi celesti, rende in generale la loro descrizione molto complicata e difficile da formulare”, continua Pappas. “Quello che abbiamo dimostrato noi, usando metodi numerici, è che ci sono alcune proprietà che possono dare una descrizione di alcuni aspetti delle stelle di neutroni e dello spazio-tempo attorno a loro in modo semplice, simile a quello che si usa per i buchi neri”.
I buchi neri sono oggetti davvero singolari: hanno perso tutta la materia e sono fatti solo di spazio e tempo. Proprio come le stelle di neutroni sono il risultato del collasso di una stella più grande (in questo caso molto di più rispetto a quella che origina le stelle di neutroni) e nell’implosione tutta la massa è stata spazzata via. “Sono considerati gli oggetti più perfetti dell’Universo e l’espressione ‘senza capelli’, per indicare la loro semplicità, coniata da John Archibald Wheeler è celebre. Secondo i nostri calcoli anche le stelle di neutroni possono essere rappresentate in maniera molto simile”.
Gli scienziati usano i “momenti di multipolo” come parametri per descrivere gli oggetti. I momenti che servono a descrivere i buchi neri sono due, massa e momento angolare (la velocità con cui gira su se stesso). Per le stelle a neutroni invece sono tre: massa, momento angolare e momento di quadrupolo, cioè un coefficiente che descrive la deformazione dell’oggetto che deriva dal moto di rotazione.
“Con i nostri calcoli abbiamo osservato due cose che ci hanno sorpreso. In primo luogo abbiamo scoperto che sono sufficienti questi tre parametri, perché quelli di livello più alto non sono indipendenti e possono essere derivati da questi primi tre”, spiega Pappas. “La seconda osservazione sorprendente è che la descrizione basata su questi momenti è indipendente dalle equazioni di stato, anzi: non serve nemmeno sapere quale sia l’equazione di stato”.
In pratica è possibile avere una descrizione della stella di neutroni indipendente dalla materia che la compone. “Questo ha implicazioni importanti”, conclude Pappas. “Utilizzando infatti i dati raccolti dalle osservazioni astrofisiche – per esempio la radiazione che proviene dalla stella di neutroni, o informazioni su oggetti che gravitano attorno alla stella e altro ancora – è possibile ricostruire le caratteristiche della stella di neutroni”.
L’articolo è stato appena pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, dove è stato anche segnalato nelle Editors’ Suggestion, fra gli articoli più interessanti dell’ultimo numero.
