Munții de pe stelele de neutroni și undele gravitaționale. Într-un articol recent se studiază „munții” de pe stelele de neutroni, stele extrem de dense, cu o structură care încă nu este pe deplin înțeleasă.
Undele gravitaționale ar putea să ne dea informații extrem de utile asupra stelelor de neutroni, atât legat de compoziția acestora cât și de munții de pe aceste stele.
Cum se nasc stelele de neutroni
Când o stea mai mare decât Soarele (dar nu extrem de mare) a consumat tot combustibilul nuclear, adică nu mai au loc reacții de fuziune nucleară în interiorul acesteia, echilibrul între forța nucleară și atracția gravitațională se rupe și are loc explozia stelei – ia naștere o supernova, un fenomen extrem de spectaculos.
Mare parte din materia stelei este împrăștiată în Univers. O parte însă colapseaza, sub atracția gravitațională, generând o stea de neutroni, unul dintre cele mai misterioase și interesante obiecte din Univers.
Din ce este alcătuită o stea de neutroni?
Stelele de neutroni au o masă de circa două ori mai mare ca a Soarelui, însă o rază de doar circa 10-12 km. Sunt deci obiecte extrem de dense. O linguriță din materia stelei de neutroni ar cântări mai mult decât un munte.
În acele condiții extreme de densitate încă nu știm care este compoziția unei astfel de stele; adică dacă în interiorul acesteia se găsesc doar neutroni (steaua fiind aă un nucleu imens compus din neutroni) sau se găsesc și altfel de particule, precum cele care conțin quarci stranii (strange). Stelele de neutroni pot avea câmpuri magnetice extrem de intense și, în acest caz, să emită unde radio.
Dacă acestea sunt îndreptate înspre noi le vedem că un fel de faruri în Univers – și vorbim despre pulsari. La asemenea densități extrem de mari ne-am aștepta că o stea de neutroni să aibă o suprafață extrem de uniformă.
În realitate nu este așa – ar putea exista inclusiv „munți” pe stelele de neutroni; aceștia ar avea o înălțime mai mică de 1 mm, însă un efect măsurabil atât în frecvența pulsarilor, care poate varia (glitch) datorată „cutremurelor” din interiourul stelei cât și în undele gravitaționale.
Munții de pe stelele de neutroni și undele gravitaționale
Munții de pe stelele de neutroni ar genera neuniformitati în structura stelei care, țînând cont și de câmpul gravitațional extrem de intens de pe o asemenea stea, ar duce, datorată rotație stelei, la emisia de unde gravitaționale.
Acest gen de unde reprezintă deformări ale structurii spațiului și timpului explicate de relativitatea generală a lui Einstein care se propagă prin Univers, ajungând inclusiv la noi.
Caracteristicile acestor unde ne-ar da informații despre structura stelei și despre munții care se găsesc pe aceasta. Într-un recent articol publicat deocamdată în arXiv autorii compară diverse tipuri de structuri și munți cu cei care se găsesc pe Encelado și Europa (sateliți ai planetei Saturn și Jupiter) și cu munții de pe Mercur.
Măsurarea acestor unde gravitaționale
Deocamdată antenele noastre gravitaționale nu reușesc să măsoare unde gravitaționale emise de stelele de neutroni și, în acest fel, să ne ajute să înțelegem compoziția acestora și cum arată munții de pe aceste stele.
La ora actuală se studiază mai multe metode noi pentru a măsură undele gravitaționale, atât la sol cât și în spațiu. Sensibilitatea acestor antene va crește și, în viitorul apropiat, se speră că vor fi capabile să măsoare inclusiv undele gravitaționale generate de munții de pe stelele de neutroni.
Aceste măsurători ne vor ajută să înțelegem dacă aceste stele sunt alcătuite doar din neutroni sau conțin forme exotice de materie, precum cea alcătuită din quarci stranii.
(Credit imagine: NASA's Goddard Space Flight Center; Articolul: https://arxiv.org/abs/2309.04855)
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, director de cercetare în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia.ro