Cat de masiva poate sa fie o stea de neutroni? Un nou calcul arata cum ca o astfel de stea nu poate depasi limita teoretica de de 2,16 ori masa Soarelui.

In Univers exista sute de miliarde de galaxii. Acestea, la randul lor, contin miliarde si miliarde de stele. Exista mai multe tipuri de stele, in functie de masa pe care o au. De la stele pitice, la stele uriase, cu masa de sute de ori cea a Soarelui. Viata unei stele depinde de masa: cu cat mai masiva este o stea, cu atata traieste mai putin. Daca o pitica rosie poate sa supravietuiasca sute de miliarde de ani, o masiva albastra se stinge dupa sute sau chiar zeci de milioane de ani. Cand o stea masiva moare, are loc un fenomen foarte spectaculos: o explozie, urmata de un colaps gravitational. Explozia stelei da nastere fenomenului numit supernova. Supernovele sunt fenomene extrem de luminoase, care cauzeaza o explozie de radiatii de multe ori mai stralucitoare decat o intreaga galaxie. Materia ce ramane dupa explozie colapseaza gravitational, dand nastere ori unei stele de neutroni, ori unei gauri negre.

Steaua de neutroni este un obiect extrem de dens, practic – daca lasam de-o parte misterioasele gauri negre – cel mai dens obiect din Univers.

Ca sa ne intelegem cat de densa este o stea de neutroni putem sa ne imagina ca materia continuta in doua stele precum Soarele nostru ar fi condensata intr-o sfera cu raza de circa 10 km – devening o stea de neutroni.

Cat de mare poate sa fie o stea de neutroni? Depasita o anumita limita de masa nu se mai formeaza o stea de neutroni, ci o gaura neagra. Care este insa aceasta limita?

La aceasta intrebare a incercat sa raspunda un grup de cercetatorii de la institutul de fizica teoretica de la Frankfurt condus de Luciano Rezzolla intr-un articol publicat recent in The Astrophysical Journal Letters.

Ceea ce se stia pana la ora actuala pe baza observatiilor experimentale era faptul ca exista aparent doua familii de stele de neutroni: una cu masa in jur de 1.5 ori masa Soarelui si cealalta cu masa de circa 2 ori a astrului nostru. Cea mai masiva stea de neutroni descoperita pana in prezent, J0348+0432 are masa de 2.01 ori cea a Soarelui.

Grupul lui Rezzola a analizat datele care proveneau de la observarea fenomenului de coliziune a doua stele de neutroni cu ajutorul atat a undelor gravitazionale cat si al telescoapelor optice (GW170817)  impreua cu o serie de proprietati generale ale stelelor de neutroni, ajungand astfel la concluzia ca masa limita a unei stele de neutroni este de 2.16 ori cea a Soarelui.

Observatii astronomice si de unde gravitationale viitoare vor confirma sau nu existenta acestei limite.

Limita aceasta este legata de structura interna a stelei de neutroni – pentru intelegerea careia la ora actuala au loc dezbateri intense. Diverse grupuri de fizicieni sustin ca o stea de neutroni, precum ii spune si numele, este alcatuita in exclusivitate din neutroni (ar fi precum un nucleu masiv, care insa contine doar neutroni si nu si protoni). Alte gupuri insa sustin ca lucrurile nu stau chiar asa ci, dimpotriva, in inima unei stele de neutroni pe langa materie compusa din cuarci „up” si „down” s-au putea gasi si particule ce contin cuarcul „strange”. Ba mai mult, cativa cercetatori sustin ca in interiorul acestor stele nici macar nu s-ar gasi particule ci un fel de supa de cuarci, un amestec de cuarci „up”, „down” si „strange”. Experimente efectuate la diverse acceleratoare de particule  cu cuarci „strange” incearca sa reproduca procese care, se crede, ar putea avea loc in interiorul stelelor de neutroni. Tocmai pentru a gasi o solutie la acest mister: cum este inima unei stele de neutroni?

In viitorii ani, atat prin observatii astronomice, de unde gravitationale, cat si in laborator, ne vom apropia mai mult de intelegerea acestor stele, a acestei materii extrem de dense care se gaseste in Univers sub forma stelelor de neutroni.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro