Stelele mai masive decat Soarele insa nu mult mai mari decat acesta atunci cand mor lasa in urma lor stele de neutroni. Aceste stele sunt cea mai densa forma de materie cunoscuta din Univers. Evident – exista si gaurile negre, care ar trebui sa fie mai dense decat stelele de neutroni, insa la ora actuala gaurile negre nu pot fi explicate de fizica cunoscuta.

Stelele de neutroni, pe de alta parte, au o densitate atat de mare incat o lingurita din materia din care sunt compuse ar cantari mai mult decat Everestul! Care este insa structura unei stele de neutroni? Nu mai exista atomi – intrucat la densitatile enorme din stea protonii si electronii genereaza neutroni – si mare parte din stea este deci compusa din neutroni.

Exista insa teorii care ne spun ca in interiorul stelei, unde densitatea este maxima, ar putea avea loc reactii nucleare care sa duca ori la formarea de materie cu cuarci stranii, ori la „topirea” neutronilor cu eliberarea de cuarci intr-o noua forma de materie.

Caracterizarea stelei de neutroni din punct de vedere teoretic este facuta de asa-numita ecuatie de stare a stelei de neutroni – cea care leaga densitatea de raza stelei.

Informatii legat de stelele de neutroni pot fi obtinute prin studiul undelelor gravitationale generate de coliziunea a doua stele de neutroni – un astfel de eveniment a fost masurat in 2015 de catre antenele gravitationale LIGO si VIRGO, dar si prin studierea semnalelor electromegnetice emise de pulsari (stele de neutroni cu intense campuri magnetice care se rotesc cu viteze mari). Undele gravitationale sunt deformari ale spatiului si timpului prevazute de teoria relativitatii generale a lui Einstein care se propaga prin Univers. Frecventa si evolutia in timp a acestor unde dau informatii legate de structura stelelor de neutroni.

Un studiu recent publicat in revista Science a combinat toate informatiile cunoscute despre stelele de neutroni, atat undele electromegnetice cat si cele gravtiationale, ajungand la concluzia ca raza unei stele de neutroni este de 11.75 km, cu o precizie in jur de 0.8 km.

Acest rezultat nu ne permite inca sa aflam ce se gaseste in inima stelei de neutroni, intrucat se stia deja ca raza unei astfel de stele este intre 11 si 13 km cel mai probabil, insa arata cum se pot combina date din masuratori diverse si atunci cand precizia acestora va fi mai buna inclusiv raza stelelor de neutroni va fi conoscuta la randul ei cu o precizie mai mare.

Undele gravitationale permit inclusiv masurarea constantei lui Hubble, cea care ne spune cat de repede creste Universul. Aceasta constanta da rata de expansiune a Universului. Undele gravitationale se pot folosi in modul urmator: se masoara amplitudinea undelor gravitationale pentru a deduce la ce distanta a avut loc coliziunea; din masurarea vitezei galaxiei in care aceasta a avut loc se poate calcula constanta lui Hubble.

Valoarea gasita, 66.2 km/s/MPc, nu este inca suficient de precisa – dar in viitor – cu noile instrumente precum Cosmic Explorer si Einstein Telescope, vom putea imbunatati precizia acestui rezultat si compara valoarea gasita cu celelalte valori obtinute aplicand metode diverse si care in prezent nu sunt in acord.

Stelele de neutroni raman inca un mister si nu cunoastem in prezent forma de materie din interiorul acestora; cu ajutorul noilor date dar si al metodelor de analiza ale acestora, exista speranta ca in viitorul apropiat sa aflam daca in Univers exista forme de materie bizara, cum ar fi cea care ar putea contine cuarci stranii, ascunse in stelele 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