Gli astronomi utilizzando il National Science Foundation's Green Bank Telescope (GBT) hanno scoperto la stella di neutroni più massiccia mai trovata, che darà un forte impatto in diversi campi della fisica e dell'astrofisica.
"Questa stella di neutroni è due volte più massiccia del Sole, ma la cosa sorprendente e che la sua massa sfida diversi modelli teorici per la composizione interna delle stelle di neutroni", ha detto Paul Demorest, del National Radio Astronomy Observatory (NRAO ).
"Questa massa ha anche implicazioni per la nostra comprensione di tutta la materia a densità molto alta e in molti dettagli della fisica nucleare" ha aggiunto.
Le stelle di neutroni sono resti duperdensi di stelle massicce che sono esplose come supernovae. Tutta la loro immensa massa si è concentrata in una sfera delle dimensioni di una piccola città, i loro protoni e gli elettroni sono schiacciati insieme con i neutroni. Una stella di neutroni può essere molte volte più densa di un nucleo atomico, e un dito di materiale stelle di neutroni peserebbe più di 500 milioni di tonnellate. Questa densità enorme rende tali stelle un "laboratorio" naturale ideale per studiare gli stati più densi ed esotici della materia nota alla fisica.
Gli scienziati hanno usato un effetto della teoria di Albert Einstein della Relatività Generale per misurare la massa della stella di neutroni e la sua compagna in orbita, una stella nana bianca. La stella di neutroni è una pulsar, che emette come un faro, dei fasci di onde radio attraverso lo spazio durante la rotazione. Questa pulsar, chiamata PSR J1614-2230, gira 317 volte al secondo e il compagno completa la sua orbita in poco meno di nove giorni. La coppia, posta a 3000 anni luce, è in orbita da una ottima posizione di visibilitá dalla Terra, cosa che rende perfetta la misura di massa.
Poiché l'orbita della nana bianca passa direttamente di fronte alla pulsar, le onde radio della pulsar che raggiungono la Terra devono viaggiare molto vicino alla nana bianca. Questo passaggio provoca un ritardo nel loro arrivo dalla distorsione dello spazio-tempo prodotta dalla gravitazione della nana bianca. Questo effetto, chiamato "ritardo di Shapiro", ha permesso agli scienziati di misurare con precisione le masse delle due stelle.
"Abbiamo avuto molta fortuna con questo sistema. La pulsar in rapida rotazione ci dà un segnale da seguire per tutta l'orbita e l'orbita è quasi perfettamente di taglio. Inoltre, la nana bianca è particolarmente voluminosa per una stella di quel tipo. Questa combinazione unica rende il ritardo di Shapiro molto più forte e quindi più facile da misurare" ha affermato Scott Ransom, anch'egli del NRAO.
Gli astronomi hanno utilizzato uno strumento di nuova costruzione digitale chiamato Green Bank Ultimate Pulsar allegato al GBT, per seguire le stelle binarie attraverso un'orbita completa all'inizio di quest'anno.
I ricercatori si aspettavano che la stella di neutroni fosse circa una volta e mezzo la massa del Sole. Invece, le loro osservazioni hanno rivelato che è due volte più massiccia.
Alcuni modelli teorici affermano che, oltre ai neutroni, tali stelle conterrebbero anche alcune particelle subatomiche chiamate iperoni o condensati di kaoni.
"I nostri risultati escludono quelle idee" ha detto Ransom.
Demorest e Ransom, insieme a Tim Pennucci della University of Virginia, Mallory Roberts di Eureka scientifico, e Jason Hessels dell'Istituto olandese per la radioastronomia e l'Università di Amsterdam, ha riportato i loro risultati nel numero del 28 ottobre della rivista scientifica Nature.
I loro risultati hanno ulteriori implicazioni, delineati in un documento allegato, in programma per la pubblicazione sulla rivista Astrophysical Journal Letters.
"Questa misura ci dice che se i quark sono presenti in un nucleo di stella di neutroni, non possono essere 'liberi', ma piuttosto fortemente interagenti tra di loro come fanno nei normali nuclei atomici", ha detto Feryal Ozel della University of Arizona, l'autore del secondo documento.
Restano diverse ipotesi per la composizione interna delle stelle di neutroni, ma i nuovi risultati pongono dei limiti sulla densità massima possibile di materia fredda.
L'impatto scientifico delle nuove osservazioni del GBT si estende anche ad altri settori che caratterizzano la materia a densità estreme.
La spiegazione più importante che provoca questi lampi di raggi gamma potrebbe essere la collisione di stelle di neutroni. Il fatto che le stelle di neutroni possono essere massiccie come la PSR J1614-2230 rende questo un meccanismo vitale per questi lampi di raggi gamma.
Tali collisioni di stelle di neutroni sono attese anche per la produzione di onde gravitazionali che sono il bersaglio di una serie di osservatori che operano negli Stati Uniti e in Europa. Queste onde, dicono gli scienziati, porteranno ulteriori preziose informazioni circa la composizione delle stelle di neutroni.
"Le Pulsar, in generale, ci danno una grande opportunità di studiare la fisica esotica, e questo sistema è un laboratorio fantastico che fornisce preziose informazioni con implicazioni di vasta portata" ha spiegato Ransom. "E' sorprendente per me che un semplice numero, la massa di questa stella di neutroni, può dirci molto su tanti aspetti diversi della fisica e dell'astronomia", ha aggiunto.
Il National Radio Astronomy Observatory è un servizio della National Science Foundation, gestita in base ad accordi di cooperazione dalla Associated Universities, Inc.
"Questa stella di neutroni è due volte più massiccia del Sole, ma la cosa sorprendente e che la sua massa sfida diversi modelli teorici per la composizione interna delle stelle di neutroni", ha detto Paul Demorest, del National Radio Astronomy Observatory (NRAO ).
"Questa massa ha anche implicazioni per la nostra comprensione di tutta la materia a densità molto alta e in molti dettagli della fisica nucleare" ha aggiunto.
Le stelle di neutroni sono resti duperdensi di stelle massicce che sono esplose come supernovae. Tutta la loro immensa massa si è concentrata in una sfera delle dimensioni di una piccola città, i loro protoni e gli elettroni sono schiacciati insieme con i neutroni. Una stella di neutroni può essere molte volte più densa di un nucleo atomico, e un dito di materiale stelle di neutroni peserebbe più di 500 milioni di tonnellate. Questa densità enorme rende tali stelle un "laboratorio" naturale ideale per studiare gli stati più densi ed esotici della materia nota alla fisica.
Gli scienziati hanno usato un effetto della teoria di Albert Einstein della Relatività Generale per misurare la massa della stella di neutroni e la sua compagna in orbita, una stella nana bianca. La stella di neutroni è una pulsar, che emette come un faro, dei fasci di onde radio attraverso lo spazio durante la rotazione. Questa pulsar, chiamata PSR J1614-2230, gira 317 volte al secondo e il compagno completa la sua orbita in poco meno di nove giorni. La coppia, posta a 3000 anni luce, è in orbita da una ottima posizione di visibilitá dalla Terra, cosa che rende perfetta la misura di massa.
Poiché l'orbita della nana bianca passa direttamente di fronte alla pulsar, le onde radio della pulsar che raggiungono la Terra devono viaggiare molto vicino alla nana bianca. Questo passaggio provoca un ritardo nel loro arrivo dalla distorsione dello spazio-tempo prodotta dalla gravitazione della nana bianca. Questo effetto, chiamato "ritardo di Shapiro", ha permesso agli scienziati di misurare con precisione le masse delle due stelle.
"Abbiamo avuto molta fortuna con questo sistema. La pulsar in rapida rotazione ci dà un segnale da seguire per tutta l'orbita e l'orbita è quasi perfettamente di taglio. Inoltre, la nana bianca è particolarmente voluminosa per una stella di quel tipo. Questa combinazione unica rende il ritardo di Shapiro molto più forte e quindi più facile da misurare" ha affermato Scott Ransom, anch'egli del NRAO.
Gli astronomi hanno utilizzato uno strumento di nuova costruzione digitale chiamato Green Bank Ultimate Pulsar allegato al GBT, per seguire le stelle binarie attraverso un'orbita completa all'inizio di quest'anno.
I ricercatori si aspettavano che la stella di neutroni fosse circa una volta e mezzo la massa del Sole. Invece, le loro osservazioni hanno rivelato che è due volte più massiccia.
Alcuni modelli teorici affermano che, oltre ai neutroni, tali stelle conterrebbero anche alcune particelle subatomiche chiamate iperoni o condensati di kaoni.
"I nostri risultati escludono quelle idee" ha detto Ransom.
Demorest e Ransom, insieme a Tim Pennucci della University of Virginia, Mallory Roberts di Eureka scientifico, e Jason Hessels dell'Istituto olandese per la radioastronomia e l'Università di Amsterdam, ha riportato i loro risultati nel numero del 28 ottobre della rivista scientifica Nature.
I loro risultati hanno ulteriori implicazioni, delineati in un documento allegato, in programma per la pubblicazione sulla rivista Astrophysical Journal Letters.
"Questa misura ci dice che se i quark sono presenti in un nucleo di stella di neutroni, non possono essere 'liberi', ma piuttosto fortemente interagenti tra di loro come fanno nei normali nuclei atomici", ha detto Feryal Ozel della University of Arizona, l'autore del secondo documento.
Restano diverse ipotesi per la composizione interna delle stelle di neutroni, ma i nuovi risultati pongono dei limiti sulla densità massima possibile di materia fredda.
L'impatto scientifico delle nuove osservazioni del GBT si estende anche ad altri settori che caratterizzano la materia a densità estreme.
La spiegazione più importante che provoca questi lampi di raggi gamma potrebbe essere la collisione di stelle di neutroni. Il fatto che le stelle di neutroni possono essere massiccie come la PSR J1614-2230 rende questo un meccanismo vitale per questi lampi di raggi gamma.
Tali collisioni di stelle di neutroni sono attese anche per la produzione di onde gravitazionali che sono il bersaglio di una serie di osservatori che operano negli Stati Uniti e in Europa. Queste onde, dicono gli scienziati, porteranno ulteriori preziose informazioni circa la composizione delle stelle di neutroni.
"Le Pulsar, in generale, ci danno una grande opportunità di studiare la fisica esotica, e questo sistema è un laboratorio fantastico che fornisce preziose informazioni con implicazioni di vasta portata" ha spiegato Ransom. "E' sorprendente per me che un semplice numero, la massa di questa stella di neutroni, può dirci molto su tanti aspetti diversi della fisica e dell'astronomia", ha aggiunto.
Il National Radio Astronomy Observatory è un servizio della National Science Foundation, gestita in base ad accordi di cooperazione dalla Associated Universities, Inc.
A cura di Arthur McPaul
http://www.sciencedaily.com/releases/2010/10/101027133142.htm
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