Una nuova ricerca che mostra come l'esplosione di una stella massiccia può portare alla formazione di una stella di neutroni pesanti o di un buco nero leggero risolve uno dei misteri più difficili nella rilevazione delle onde gravitazionali dalla fusione di stelle di neutroni.
Il primo rilevamento di tali onde dalla fusione di stelle di neutroni da parte dell'osservatorio di onde gravitazionali con un interferometro laser (LIGO) è stato nel 2017. Era una fusione di due stelle di neutroni, che era ampiamente in linea con le aspettative degli astrofisici. Ma la seconda scoperta nel 2019 è stata la fusione di due stelle di neutroni, la cui massa combinata si è rivelata sorprendentemente grande.
"È stato così scioccante che abbiamo dovuto pensare a come creare una stella di neutroni pesante senza trasformarla in una pulsar", ha detto Enrico Ramirez-Ruiz, professore di astronomia e astrofisica presso l'Università della California, Santa Cruz.
Gli oggetti astrofisici compatti come le stelle di neutroni e i buchi neri sono difficili da studiare perché, quando sono stabili, sono solitamente invisibili. "Ciò significa che siamo di parte su ciò che possiamo osservare", ha spiegato Ramirez-Ruiz. "Abbiamo trovato stelle di neutroni doppi nella nostra galassia quando una di loro è una pulsar, e le masse di queste pulsar sono quasi tutte identiche - non vediamo nessuna stella di neutroni pesanti".
Il rilevamento da parte di LIGO di una fusione di stelle di neutroni pesanti a una velocità simile alla binaria più leggera significa che le coppie di stelle di neutroni pesanti dovrebbero essere relativamente comuni. Allora perché non compaiono nella popolazione di pulsar?
Vedi anche Risparmiare il vento solare Nel nuovo studio, gli scienziati si sono concentrati sulle supernovae nei sistemi binari, che possono formare "oggetti binari compatti" costituiti da due stelle di neutroni o da una stella di neutroni e da un buco nero.
Una stella di elio è una stella a cui è stato rimosso l'involucro di idrogeno a causa delle interazioni con una stella compagna. "Abbiamo utilizzato modelli stellari dettagliati per tracciare l'evoluzione di una stella di elio fino all'esplosione di una supernova", affermano gli astronomi. "Non appena raggiungiamo il momento della comparsa della supernova, conduciamo ricerche idrodinamiche, durante le quali siamo interessati a tracciare l'evoluzione del gas che esplode".
Una stella di elio in un sistema binario con una stella di neutroni è all'inizio dieci volte più massiccia del nostro Sole, ma così densa che il suo diametro è più piccolo di quello del Sole. Lo stadio finale della sua evoluzione è una supernova con un collasso del nucleo, che lascia dietro di sé una stella di neutroni o un buco nero, a seconda della massa finale del nucleo.
I risultati hanno mostrato che quando una stella massiccia esplode, alcuni dei suoi strati esterni vengono rapidamente espulsi dal binario. Tuttavia, alcuni degli strati interni non vengono gettati via e alla fine ricadono sull'oggetto compatto appena formato.
La quantità di materiale in crescita dipende dall'energia dell'esplosione: maggiore è l'energia, minore è la massa che puoi risparmiare ", affermano i ricercatori". forma un buco nero; se l'energia è grande, conserverà meno massa e formerà una stella di neutroni.
Questi risultati non solo spiegano la formazione di sistemi binari di stelle di neutroni pesanti, come quello scoperto dall'evento dell'onda gravitazionale GW190425, ma prevedono anche la formazione di sistemi binari di una stella di neutroni e un buco nero leggero, come quello che fuse nell'evento gravitazionale 2020 dell'anno, noto come GW200115.
Un'altra conclusione importante è che la massa del nucleo di elio di tale stella è importante per determinare la natura delle sue interazioni con una stella di neutroni e il destino finale del sistema binario. Una stella di elio sufficientemente massiccia può evitare di trasferire massa a una stella di neutroni. Tuttavia, con una stella di elio meno massiccia, il processo di trasferimento di massa potrebbe trasformare una stella di neutroni in una pulsar in rapida rotazione.
"Quando il nucleo di elio è piccolo, si espande e quindi il trasferimento di massa fa ruotare la stella di neutroni per creare una pulsar", hanno spiegato gli scienziati. “I nuclei di elio massicci, tuttavia, sono più legati gravitazionalmente e non si espandono, quindi non c'è trasferimento di massa. E se non ruotano in una pulsar, non li vediamo".
In altre parole, la nostra galassia potrebbe avere una grande popolazione non rilevata di stelle binarie di neutroni pesanti.
Lo studio è stato pubblicato su Astrophysical Journal Letters.
2021-10-12 05:26:06
Autore: Vitalii Babkin