L’oggetto misterioso potrebbe essere una “strana stella” fatta di quark, dicono gli scienziati: ScienceAlert

Un oggetto relativamente piccolo e denso, avvolto in una nuvola esplosa che rimane a poche migliaia di anni luce di distanza, sfida la nostra comprensione della fisica stellare.

A detta di tutti, sembra essere una stella di neutroni, anche se è una stella insolita. Con appena il 77 per cento della massa del Sole, è la massa più bassa mai misurata per un oggetto del suo genere.

In precedenza, la stella di neutroni più leggera mai misurata aveva un clock di 1,17 volte la massa del Sole.

Questa scoperta più recente non è solo più piccola, è significativamente inferiore alla massa minima di una stella di neutroni prevista dalla teoria. Ciò suggerisce che o c’è qualche lacuna nella nostra comprensione di questi oggetti ultradensi… o quello che stiamo guardando non è affatto una stella di neutroni, ma un oggetto peculiare, mai visto prima, noto come una stella “strana”.

Le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più densi dell’intero Universo. Sono ciò che rimane dopo che una stella massiccia tra le 8 e le 30 volte la massa del Sole ha raggiunto la fine della sua vita. Quando la stella esaurisce il materiale per fondersi nel suo nucleo, diventa una supernova, espellendo i suoi strati esterni di materiale nello spazio.

Non più supportato dalla pressione verso l’esterno della fusione, il nucleo collassa su se stesso per formare un oggetto così denso, i nuclei atomici si schiacciano insieme e gli elettroni sono costretti a entrare in intimità con i protoni abbastanza a lungo da trasformarli in neutroni.

La maggior parte di questi oggetti compatti sono circa 1,4 volte la massa del Sole, anche se la teoria dice che potrebbero variare da qualcosa di massiccio come circa 2,3 masse solari, fino a solo 1,1 masse solari. Tutto questo racchiuso all’interno di una sfera appena confezionata in una sfera di soli 20 chilometri (12 miglia) o giù di lì, facendo pesare ogni cucchiaino da tè di materiale di stelle di neutroni tra 10 milioni e diversi miliardi di tonnellate.

Anche le stelle con massa maggiore e minore rispetto alle stelle di neutroni possono trasformarsi in oggetti densi. Le stelle più pesanti si trasformano in buchi neri. Le stelle più leggere si trasformano in nane bianche, meno dense delle stelle di neutroni, con un limite di massa superiore di 1,4 masse solari, sebbene ancora piuttosto compatte. Questo è il destino finale del nostro Sole.

La stella di neutroni oggetto di questo studio è al centro di un residuo di supernova chiamato HESS J1731-347, che in precedenza era stato calcolato per trovarsi a più di 10.000 anni luce di distanza. Una delle difficoltà nello studio delle stelle di neutroni, tuttavia, risiede nelle misurazioni della distanza scarsamente vincolate. Senza una distanza precisa, è difficile ottenere misurazioni accurate delle altre caratteristiche di una stella.

Recentemente, una seconda stella otticamente luminosa è stata scoperta in agguato in HESS J1731-347. Da questo, utilizzando i dati del sondaggio di mappatura Gaia, un team di astronomi guidato da Victor Doroshenko dell’Università Eberhard Karls di Tubinga in Germania è stato in grado di ricalcolare la distanza da HESS J1731-347 e ha scoperto che è molto più vicino di quanto si pensasse, a circa 8.150 lontano anni luce.

Ciò significa che le stime precedenti delle altre caratteristiche della stella di neutroni dovevano essere perfezionate, inclusa la sua massa. In combinazione con le osservazioni della luce a raggi X emessa dalla stella di neutroni (incoerente con la radiazione X di una nana bianca), Doroshenko e i suoi colleghi sono stati in grado di affinare il suo raggio a 10,4 chilometri e la sua massa a un valore solare assolutamente sbalorditivo di 0,77 masse.

Ciò significa che potrebbe non essere effettivamente una stella di neutroni come la conosciamo, ma un ipotetico oggetto non ancora identificato con certezza in natura.

“Le nostre stime di massa rendono l’oggetto compatto centrale in HESS J1731-347 la stella di neutroni più leggera conosciuta fino ad oggi, e potenzialmente un oggetto più esotico, ovvero una “stella strana” candidata”, scrivono i ricercatori nel loro articolo.

Secondo la teoria, una strana stella assomiglia molto a una stella di neutroni, ma contiene una proporzione maggiore di particelle fondamentali chiamate quark strani. I quark sono particelle subatomiche fondamentali che si combinano per formare particelle composite come protoni e neutroni. I quark sono disponibili in sei diversi tipi, o sapori, chiamati up, down, charm, strange, top e bottom. Protoni e neutroni sono costituiti da quark up e down.

La teoria suggerisce che, nell’ambiente estremamente compresso all’interno di una stella di neutroni, le particelle subatomiche si scompongono nei loro quark costituenti. Sotto questo modello, le strane stelle sono fatte di materia costituita da proporzioni uguali di quark up, down e strani.

Strane stelle dovrebbero formarsi con masse sufficientemente grandi da schiacciare davvero, ma dal momento che il regolamento per le stelle di neutroni va fuori dalla finestra quando vengono coinvolti abbastanza quark, essenzialmente non c’è nemmeno un limite inferiore. Ciò significa che non possiamo escludere la possibilità che questa stella di neutroni sia in effetti una strana stella.

Questo sarebbe estremamente interessante; i fisici hanno cercato per decenni la materia dei quark e la materia dei quark strani. Tuttavia, mentre una strana stella è certamente possibile, la maggiore probabilità è che quella che stiamo guardando sia una stella di neutroni – e anche questa è estremamente interessante.

“I vincoli ottenuti su massa e raggio sono ancora pienamente coerenti con un’interpretazione standard di una stella di neutroni e possono essere utilizzati per migliorare i vincoli astrofisici sull’equazione dello stato della materia densa fredda in base a questa ipotesi”, scrivono i ricercatori.

“Una stella di neutroni così leggera, indipendentemente dalla presunta composizione interna, sembra essere un oggetto molto intrigante dal punto di vista astrofisico”.

È difficile accertare come una stella di neutroni così leggera possa essersi formata con i nostri modelli attuali. Quindi, di qualunque cosa sia fatto, l’oggetto denso al centro di HESS J1731-347 avrà qualcosa da insegnarci sui misteriosi aldilà delle stelle massicce.

La ricerca del team è stata pubblicata in Astronomia della natura.

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