Cât de masivă poate să fie o stea de neutroni? Un nou calcul arată că o astfel de stea nu poate depăși limita teoretică de 2,16 ori masa Soarelui.
În Univers există sute de miliarde de galaxii. Acestea, la rândul lor, conțin miliarde și miliarde de stele. Există mai multe tipuri de stele, în funcție de masa pe care o au. De la stele pitice, la stele uriașe, cu masa de sute de ori cea a Soarelui. Viața unei stele depinde de masă: cu cât ea este mai masivă, cu atât trăiește mai puțin. Dacă o pitică roșie poate să supraviețuiască sute de miliarde de ani, o masivă albastră se stinge după sute sau chiar zeci de milioane de ani.
Când o stea masivă moare, are loc un fenomen foarte spectaculos: o explozie urmată de un colaps gravitațional. Explozia stelei dă naștere fenomenului numit supernovă. Supernovele sunt fenomene extrem de luminoase, care cauzează o explozie de radiații de multe ori mai strălucitoare decât o întreagă galaxie. Materia ce rămâne după explozie colapsează gravitațional, dând naștere fie unei stele de neutroni, fie unei găuri negre.
Steaua de neutroni este un obiect extrem de dens, practic – dacă lăsăm de-o parte misterioasele găuri negre – cel mai dens obiect din Univers. Ca să înțelegeți cât de densă este o stea de neutroni faceți următorul exercițiu de imaginație: închipuiți-vă că materia conținută în două stele precum Soarele nostru ar fi condensată într-o sferă cu raza de circa 10 km, devenind o stea de neutroni.
Cât de mare poate să fie o astfel de stea? Știm că după o anumită limită de masă, nu se mai formează o stea de neutroni, ci o gaură neagră. Care este însă aceasta limită? La această întrebare a încercat să răspundă un grup de cercetători de la Institutul de fizică teoretică de la Frankfurt, condus de Luciano Rezzolla, într-un articol publicat recent în revista The Astrophysical Journal Letters.
Ceea ce se știa până la ora actuală, în baza observațiilor experimentale, era faptul că există aparent două familii de stele de neutroni: una cu masa în jur de 1.5 ori cea a Soarelui și cealaltă cu masa de circa două ori a astrului nostru. Cea mai masivă stea de neutroni descoperită, J0348+0432, are masa de 2.01 ori cea a Soarelui.
Grupul lui Rezzola a analizat datele provenite de la observarea fenomenului de coliziune a două stele de neutroni, cu ajutorul atât al undelor gravitaționale cât și al telescoapelor optice (GW170817), împreună cu o serie de proprietăți generale ale stelelor de neutroni. Concluzia: masa limită a unei stele de neutroni este de 2.16 ori cea a Soarelui. Observațiile astronomice și de unde gravitaționale viitoare vor confirma sau nu justețea acestei concluzii.
Limita este legată de structura internă a stelei de neutroni, pentru înțelegerea căreia au loc dezbateri intense la ora actuală. Unii fizicieni susțin că o stea de neutroni este alcătuită – așa cum o indică numele său – în exclusivitate din neutroni. Ea ar fi deci precum un nucleu masiv, care conține doar neutroni și nu și protoni. Alții sunt de părere că lucrurile nu stau chiar așa ci că dimpotrivă, în inima unei stele de neutroni, pe lângă materia compusă din cuarci „up” și „down”, s-au putea găsi și particule ce conțin cuarcul „strange”. Mai mult, câțiva cercetători afirmă că în interiorul acestor stele nici măcar nu s-ar găsi particule ci un fel de supă de cuarci, un amestec de cuarci „up”, „down” și „strange”.
Experimente efectuate la diverse acceleratoare de particule cu cuarci „strange” încearcă să reproducă procese care, se crede, ar putea avea loc în interiorul stelelor de neutroni, tocmai pentru a găsi o soluție la acest mister: cum este inima unei stele de neutroni?
În viitorii ani, atât prin observații astronomice de unde gravitaționale, cât și în laborator, ne vom apropia mai mult de înțelegerea acestor stele, a acestei materii extrem de dense care se găsește în Univers sub forma stelelor de neutroni.
