La fusione delle stelle di neutroni: scoperte rivoluzionarie sulle collisioni cosmiche

RomeDue stelle di neutroni possono avvicinarsi e fondersi quando si trovano a breve distanza e si attraggono reciprocamente. Queste stelle sono estremamente dense, ma piccole e fredde. Quando si scontrano, il punto di impatto diventa incredibilmente caldo. Nuove simulazioni rivelano dettagli affascinanti su come avviene questo processo.

Ecco cosa succede:

• Nascita dei neutrini caldi.
• Questi neutrini possono essere intrappolati dal calore e dalla densità.
• Interagiscono debolmente con la materia delle stelle.
• L'interazione aiuta a riportare le particelle verso l'equilibrio.

Pedro Luis Espino, un ricercatore post-dottorato presso Penn State e UC Berkeley, ha guidato uno studio con un team di fisici di Penn State. I loro risultati sono stati pubblicati su Physical Review Letters. Espino ha osservato che nel 2017 abbiamo rilevato per la prima volta segnali da una fusione di stelle di neutroni binarie, inclusi onde gravitazionali. Questa scoperta ha notevolmente aumentato l'interesse per lo studio delle stelle di neutroni binarie.

David Radice, professore assistente alla Penn State, spiega che le stelle di neutroni sono composte principalmente da neutroni, sono estremamente dense e possono diventare incredibilmente calde quando si scontrano. Poiché i fotoni non riescono a sfuggire per raffreddarle, rilasciano neutrini per disperdere il calore.

Ecco alcuni punti chiave della ricerca:

• I neutrini si formano quando i neutroni nelle stelle si scontrano e si frammentano in protoni, elettroni e neutrini.
• Per 2-3 millisecondi, i neutrini possono essere intrappolati dal calore e dalla densità della fusione stellare.
• Questa fase è breve ma fondamentale per comprendere la fisica della fusione.
• L'interazione dei neutrini può influenzare i segnali rilevati sulla Terra.

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La ricerca ha sfruttato potenti computer per studiare la fusione di due stelle di neutroni e la fisica coinvolta. Gli studiosi hanno scoperto che, nonostante sia un fenomeno di breve durata, i neutrini possono rimanere intrappolati a causa del calore e della densità generati dalla fusione, interagendo con la materia presente nelle stelle.

Radice ha affermato che studiare questi eventi ci permette di scoprire nuove leggi della fisica. La fase in cui il sistema è sbilanciato dura solo 2 o 3 millisecondi, ma durante questo breve periodo avvengono fenomeni fisici fondamentali. Quando il sistema ritorna all'equilibrio, comprendiamo meglio i principi fisici coinvolti.

Secondo Espino, il modo in cui i neutrini interagiscono con la materia delle stelle può influenzare le vibrazioni nei resti fusi. Queste vibrazioni possono alterare i segnali di luce e onde gravitazionali che rileviamo sulla Terra. I futuri rivelatori potrebbero essere progettati per cercare tali differenze nei segnali.

Il team di ricerca era composto dai borsisti postdottorali Peter Hammond e Rossella Gamba della Penn State University; Sebastiano Bernuzzi, Francesco Zappa e Luís Felipe Longo Micchi dell'Università Friedrich-Schiller di Jena in Germania; e Albino Perego dell'Università di Trento in Italia. Il progetto è stato finanziato dalla National Science Foundation degli Stati Uniti, dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft e dall'Unione Europea.

Le simulazioni sono state eseguite sui supercomputer Bridges2, Expanse, Frontera e Perlmutter. Sono state inoltre utilizzate le risorse del Centro Nazionale per la Ricerca Scientifica Energetica. Gli autori hanno espresso gratitudine al Gauss Centre for Supercomputing per il finanziamento e il tempo concessi sul SuperMUC-NG presso il Leibniz Supercomputing Centre.