Post-merger delle stelle di neutroni: onde gravitazionali a frequenze specifiche svelano i segreti della materia ultra-densa

Un team di ricerca tedesco si è focalizzato sullo studio dei misteri correlati alle onde gravitazionali. Ecco cosa è stato possibile far emergere

Il collasso gravitazionale delle stelle avviene al momento del termine del loro ciclo vitale, quando gli strati esterni esplodono in una manifestazione nota come supernova; la scia marcata dalle stelle più massicce sarà contrassegnata da un buco nero, mentre quelle caratterizzate da una massa inferiore rilasceranno dietro a loro una stella di neutroni, anche nota come nana bianca.

Grazie alle onde gravitazionali prodotte dal fenomeno, nel 2017 è stato possibile rilevare la prima collisione avvenuta tra due differenti stelle di neutroni, un evento che potrebbe rappresentare un fondamentale punto di riferimento per gli esperti nell’ambito dell’approfondimento della fisica riguardante i corpi celesti.

Un team di ricerca proveniente dalla Goethe University di Francoforte sul Meno, in Germania, ha ipotizzato che le onde gravitazionali derivanti dalla fusione di stelle di neutroni binarie rappresenterebbero lo strumento più prolifico mediante cui approfondire l’interno dei corpi e le manifestazioni fisiche che li riguardano.

Il professore dell’ITP (Institute for Theoretical Physics) e Senior Fellow del FIAS (Frankfurt Institute for Advanced Studies) Luciano Rezzolla ha guidato un gruppo di ricercatori, includenti anche esperti provenienti da altri rinomati atenei europei, descrivendo nel dettaglio i risultati del progetto all’interno di un articolo pubblicato il 3 febbraio scorso su Nature Communications.

Le caratteristiche uniche delle onde GW

Innanzitutto viene spiegato come le onde gravitazionali maggiormente intense sono derivanti dal processo di fusione; al contrario, le binarie di stelle di neutroni sono in grado di emettere GW per milioni di anni, mentre compiono un movimento a spirale verso l’interno. Il segnale di residuo post-fusione emette allo stesso modo onde gravitazionali e sarebbe proprio questa la manifestazione che, a detta del team di esperti, sarebbe in grado di fornire le informazioni fondamentali in ambito di materia nucleare e della sua reazione alle pressioni e alla densità.

Il segnale GW post-fusione attraversa una fase, denominata dal team di studiosi come ‘long ringdown‘, che ha rappresentato un punto focale su cui concentrare lo studio. Mediante l’effettuazione di simulazioni avanzate di stelle di neutroni in fusione è stato, infatti, possibile sottolineare una correlazione specifica tra questo aspetto e le proprietà riferenti alle regioni più dense nel nucleo delle stelle.

Risolvere i misteri cosmici più complessi

All’interno di un comunicato diffuso dalla Goethe University viene spiegato come i progressi nella modellazione statistica, nonché l’utilizzo di supercomputer di ultima generazione, tra i più efficienti presenti in Germania, abbiano condotto alla scoperta di questa fase di ‘ringdown’ che avviene nella fusione di stelle di neutroni. Ciò vuol dire, stando all’ipotesi avanzata dal dottor Christian Ecker, post dottorato dell’ITP e autore dello studio, che queste stelle hanno il potenziale per essere impiegate come ‘diapson‘, al fine di approfondire i misteri cosmici che ancora attanagliano gli studiosi.

Ecker spiega come all’interno della ricerca sia stato integrato anche il lavoro del cluster di ricerca ELEMENTS (Exploring the Universe from Microscopic to Macroscopic Scales) sito presso il Giersch Science Center di Francoforte sul Meno. Lo scopo di questo percorso è di combinare lo studio delle particelle più elementari e dei grandi corpi astrofisici, al fine di rinvenire l’origine dei metalli pesanti presenti nell’Universo. Allo stato attuale, si è rivelato impossibile rilevare segnali post-fusione, ma l’ottimismo per le possibili scoperte future resta elevato. L’impiego di strumenti di nuova generazione, quali l’Einstein Telescope e la Laser Interferometer Space Antenna dell’ESA, potrebbe contribuire significativamente a sondare le leggi fisiche anche a fronte delle più impraticabili condizioni.