Gli scienziati hanno ottenuto la loro migliore misurazione della dimensione e del contenuto di una stella di neutroni, un oggetto ultra denso contenente la materia più strana e più rara nell'Universo.
Questa misurazione può portare a una migliore comprensione dei mattoni della natura - protoni, neutroni e i loro quark costituenti - mentre sono compressi all'interno della stella di neutroni a una densità di trilioni di volte maggiore rispetto alla Terra.
Il Dr. Tod Strohmayer del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Md., E il suo collega, Adam Villarreal, uno studente laureato presso l'Università dell'Arizona, presentano questi risultati oggi durante una conferenza stampa basata sul Web a New Orleans durante l'incontro di la divisione di astrofisica delle alte energie della American Astronomical Society.
Hanno detto che la loro migliore stima del raggio di una stella di neutroni è di 7 miglia (11,5 chilometri), più o meno una passeggiata nel quartiere francese. La massa sembra essere 1,75 volte quella del Sole, più massiccia di quanto prevedono alcune teorie. Hanno effettuato le loro misurazioni con il Rossi X-ray Timing Explorer della NASA e i dati radiografici archiviati
La lunga relazione raggio-massa definisce la relazione di densità e pressione interna della stella di neutroni, la cosiddetta equazione di stato. E questo, a sua volta, determina quale tipo di materia può esistere all'interno di una stella di neutroni. I contenuti offrono un test cruciale per le teorie che descrivono la natura fondamentale della materia e dell'energia e la forza delle interazioni nucleari.
"Vorremmo davvero mettere le mani sul materiale al centro di una stella di neutroni", ha detto Strohmayer. "Ma dal momento che non possiamo farlo, si tratta della prossima cosa migliore. Una stella di neutroni è un laboratorio cosmico e offre l'unica opportunità di vedere gli effetti della materia compressi a un livello tale. "
Una stella di neutroni è il nucleo centrale di una stella una volta più grande del Sole. L'interno contiene materia sotto forze che forse esistevano al momento del Big Bang ma che non possono essere duplicate sulla Terra. La stella di neutroni nell'annuncio di oggi fa parte di un sistema stellare binario chiamato EXO 0748-676, situato nella costellazione di Volans, o Flying Fish, a circa 30.000 anni luce di distanza, visibile nei cieli meridionali con un grande telescopio da cortile.
In questo sistema, il gas proveniente da una stella compagna “normale” si tuffa sulla stella di neutroni, attratto dalla gravità. Ciò innesca esplosioni termonucleari sulla superficie della stella di neutroni che illuminano la regione. Tali esplosioni rivelano spesso la velocità di rotazione della stella di neutroni attraverso uno sfarfallio nella luce a raggi X emessa, chiamata oscillazione di scoppio. (Fare riferimento agli articoli 1-6 per il concetto di un artista di questo processo. Un film e una didascalia dettagliata sono disponibili nella colonna blu a destra.)
Gli scienziati hanno rilevato una frequenza di oscillazione di scoppio di 45 hertz, che corrisponde a una velocità di rotazione della stella di neutroni di 45 volte al secondo. Questo è un ritmo piacevole per le stelle di neutroni, che spesso si vedono girare oltre 300 volte al secondo.
Successivamente gli scienziati hanno capitalizzato le osservazioni EXO 0748-676 con il satellite XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea del 2002, guidato dal Dr. Jean Cottam della NASA Goddard. Il team di Cottam aveva rilevato linee spettrali emesse da gas caldo, simili nell'aspetto alle linee di un cardiogramma. Queste linee avevano due caratteristiche. Innanzitutto, sono stati spostati Doppler. Ciò significa che l'energia rilevata era una media della luce che ruotava attorno alla stella di neutroni, allontanandosi da noi e quindi verso di noi. In secondo luogo, le linee sono state spostate verso il rosso gravitazionalmente. Ciò significa che la gravità ha attirato la luce mentre cercava di sfuggire alla regione, rubando un po 'della sua energia.
Strohmayer e Villarreal hanno stabilito che la frequenza di 45 hertz e le larghezze di linea osservate dallo spostamento di Doppler sono coerenti con un raggio di stelle di neutroni tra 9,5 e 15 chilometri, con la migliore stima a 11,5 chilometri. La relazione tra frequenza di scoppio, spostamento di Doppler e raggio è che la velocità del gas che vortica intorno alla superficie della stella dipende dal raggio della stella e dalla sua velocità di rotazione. In sostanza, una rotazione più veloce corrisponde a una linea spettrale più ampia (una tecnica simile a come un soldato statale può rilevare auto in corsa).
La misurazione gravitazionale del redshift del team Cottam ha offerto la prima misura di un rapporto massa-raggio, sebbene senza conoscere una massa e un raggio. Questo perché il grado di spostamento verso il rosso (forza di gravità) dipende dalla massa e dal raggio della stella di neutroni. Alcuni scienziati avevano messo in dubbio questa misurazione, poiché le linee spettrali rilevate sembravano troppo strette. I nuovi risultati rafforzano l'interpretazione gravitazionale del redshift delle linee spettrali del team Cottam (e quindi del rapporto massa-raggio) perché una stella che ruota più lentamente può facilmente produrre linee così strette.
Quindi, sempre più sicuri del rapporto massa-raggio e ora conoscendo il raggio, gli scienziati hanno potuto calcolare la massa della stella di neutroni. Il valore era tra 1,5 e 2,3 masse solari, con la migliore stima a 1,75 masse solari.
Il risultato supporta la teoria secondo cui la materia nella stella di neutroni in EXO 0748-676 è così stretta che quasi tutti i protoni e gli elettroni sono schiacciati in neutroni, che turbinano come un superfluido, un liquido che scorre senza attrito. Tuttavia la questione non è così fitta che i quark sono liberati, una cosiddetta stella di quark.
"I nostri risultati stanno davvero iniziando a mettere la compressione sull'equazione di stato della stella di neutroni", ha detto Villareal. “Sembra che le equazioni di stato che prevedono stelle molto grandi o molto piccole siano quasi escluse. Forse più eccitante è che ora abbiamo una tecnica osservativa che dovrebbe permetterci di misurare le relazioni di massa-raggio in altre stelle di neutroni. ”
Una proposta missione della NASA chiamata Constellation X-ray Observatory avrebbe la capacità di effettuare tali misurazioni, ma con una precisione molto maggiore, per un numero di sistemi di stelle a neutroni.
Fonte originale: Comunicato stampa della NASA
