Colliding-Neutron-Stars

L’evoluzione finale di una coppia di stelle di neutroni

Gli astronomi ritengono che la collisione di due stelle di neutroni rappresenti, molto probabilmente, la causa principale dei lampi gamma di breve durata (short Gamma Ray Burst, short-GRB), esplosioni stellari estremamente potenti visibili da miliardi di anni-luce. Tuttavia, la formazione di un GRB dipende da ciò che rimane dopo il processo di fusione (merger) delle due stelle: in altre parole, avremo un’altra stella di neutroni o un buco nero? I risultati di questo studio sono pubblicati su Astrophysical Journal.

Se il merger di due stelle di neutroni forma un buco nero, allora il GRB si può produrre durante il successivo accrescimento. Ma se, invece, il processo di fusione forma una stella di neutroni, il lampo gamma si forma solo se l’oggetto collassa in un buco nero entro 100 millisecondi. Sfortunatamente, però, capire se il merger genererà una stella di neutroni o un buco nero è alquanto complicato. Un ostacolo maggiore è dovuto al fatto che non conosciamo in generale quale equazione di stato descriva la struttura interna di una stella di neutroni, il che vuol dire che non conosciamo qual è il valore massimo che può avere la sua massa prima che collassi in un buco nero. Oggi, uno studio guidato da Christopher Fryer dell’Università dell’Arizona e Los Alamos National Laboratory fa il punto per comprendere ancora più in dettaglio cosa accade dopo il merger di una coppia di stelle di neutroni. Gli autori hanno eseguito tutta una serie di calcoli numerici per costruire dei modelli che descrivano il prodotto finale del processo di fusione di due stelle di neutroni. Partendo da qui, i ricercatori hanno determinato la probabilità statistica che il residuo finale del merger collassi direttamente in un buco nero, oppure sempre in un buco nero dopo un certo intervallo di tempo o ancora in una stella di neutroni. Fryer e collaboratori trovano che ciò che rimane alla fine del processo dipende decisamente dal valore massimo della massa permessa dall’equazione di stato, non completamente determinata, che caratterizza la struttura della stella di neutroni. Se tale valore massimo è inferiore a 2,3 – 2,4 masse solari, la maggior parte del merger di due stelle di neutroni risulterà in un buco nero nel giro di 100 millisecondi. In questo caso, il processo di fusione è in grado di produrre lampi gamma. Se, invece, il valor massimo della massa di una stella di neutroni si trova al di sopra del suddetto intervallo, allora il residuo del merger sarà una stella di neutroni che, solo raramente, produrrà un GRB. Ora, dato che il secondo scenario richiede una frequenza di eventi di merger significativamente elevata rispetto a quanto predetto dalla teoria, cioè per eguagliare i dati per i lampi gamma osservati, sembra più probabile che il valore della massa di una stella di neutroni sia limitato a 2,3 – 2,4 masse solari. Ulteriori campagne osservative, come il programma Advanced LIGO per lo studio delle onde gravitazionali, aiuteranno gli astronomi a verificare questa teoria e a porre nuovi limiti ai modelli che descrivono la fisica delle stelle di neutroni.

Astrophysical Journal: THE FATE OF THE COMPACT REMNANT IN NEUTRON STAR MERGERS
arXiv: The Fate of the Compact Remnant in Neutron Star Mergers