Nel febbraio del 2016, gli scienziati che hanno lavorato al Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hanno fatto la storia quando hanno annunciato il primo rilevamento in assoluto delle onde gravitazionali. Da quel momento, lo studio delle onde gravitazionali è aumentato considerevolmente e ha aperto nuove possibilità allo studio dell'Universo e delle leggi che lo governano.
Ad esempio, un team dell'Università di Frankurt am Main ha recentemente dimostrato come le onde gravitazionali possano essere utilizzate per determinare come massicce stelle di neutroni possono arrivare prima di crollare nei buchi neri. Questo è rimasto un mistero da quando le stelle di neutroni sono state scoperte per la prima volta negli anni '60. E con un limite di massa superiore ora stabilito, gli scienziati saranno in grado di sviluppare una migliore comprensione di come la materia si comporta in condizioni estreme.
Lo studio che descrive i loro risultati è apparso di recente sulla rivista scientifica The Astrophysical Journal Letters sotto il titolo "Uso delle osservazioni delle onde gravitazionali e delle relazioni quasi universali per vincolare la massa massima delle stelle di neutroni". Lo studio è stato condotto da Luciano Rezzolla, presidente di astrofisica teorica e direttore dell'Istituto di fisica teorica dell'Università di Francoforte, con l'assistenza fornita dai suoi studenti, Elias Most e Lukas Wei.
Per motivi di studio, il team ha preso in considerazione le recenti osservazioni fatte sull'evento delle onde gravitazionali noto come GW170817. Questo evento, che si è tenuto il 17 agosto 2017, è stata la sesta onda gravitazionale scoperta dall'Osservatorio sulle onde gravitazionali (LIGO) e dall'Osservatorio Virgo. A differenza degli eventi precedenti, questo era unico in quanto sembrava essere stato causato dalla collisione e dall'esplosione di due stelle di neutroni.
E mentre altri eventi si sono verificati a distanze di circa un miliardo di anni luce, GW170817 ha avuto luogo a soli 130 milioni di anni luce dalla Terra, il che ha permesso una rapida rilevazione e ricerca. Inoltre, sulla base della modellizzazione che è stata condotta mesi dopo l'evento (e utilizzando i dati ottenuti dall'Osservatorio dei raggi X di Chandra), la collisione sembrava aver lasciato un buco nero come residuo.
Il team ha inoltre adottato un approccio di "relazioni universali" per il proprio studio, sviluppato alcuni anni fa dai ricercatori dell'Università di Francoforte. Questo approccio implica che tutte le stelle di neutroni hanno proprietà simili che possono essere espresse in termini di quantità senza dimensioni. Combinati con i dati GW, hanno concluso che la massa massima delle stelle di neutroni non rotanti non può superare 2,16 masse solari.
Come ha spiegato il professor Rezzolla in un comunicato stampa dell'Università di Francoforte:
“Il bello della ricerca teorica è che può fare previsioni. La teoria, tuttavia, ha un disperato bisogno di esperimenti per ridurre alcune delle sue incertezze. È quindi abbastanza notevole che l'osservazione di una singola fusione binaria di stelle di neutroni avvenuta a milioni di anni luce di distanza combinata con le relazioni universali scoperte attraverso il nostro lavoro teorico ci ha permesso di risolvere un enigma che ha visto così tante speculazioni in passato. "
Questo studio è un buon esempio di come la ricerca teorica e sperimentale possa coincidere per produrre migliori modelli e previsioni. Pochi giorni dopo la pubblicazione del loro studio, gruppi di ricerca degli Stati Uniti e del Giappone hanno confermato indipendentemente i risultati. Altrettanto significativamente, questi gruppi di ricerca hanno confermato i risultati degli studi utilizzando approcci e tecniche diversi.
In futuro, l'astronomia delle onde gravitazionali dovrebbe osservare molti più eventi. E con metodi migliorati e modelli più accurati a loro disposizione, è probabile che gli astronomi imparino ancora di più sulle forze più misteriose e potenti al lavoro nel nostro Universo.
