Astrofisica in crisi? La scoperta di un UFO potrebbe cambiare tutto

Gli astronomi hanno scoperto un oggetto celeste che sfugge alla classificazione, forse rivelando un nuovo tipo di entità cosmica ai margini della fisica conosciuta.

A volte gli astronomi incontrano oggetti nel cielo che non possiamo spiegare facilmente. Nella nostra nuova ricerca, pubblicato In Scienzeriportiamo tale scoperta, che rischia di suscitare dibattiti e speculazioni.

Le stelle di neutroni sono alcuni degli oggetti più densi dell'universo. Compatto come il nucleo di un atomo, ma grande come una città, trascende i limiti della nostra comprensione della materia ultima. Più una stella di neutroni è pesante, più è probabile che alla fine collassi in qualcosa di più denso: un buco nero.

Una rappresentazione artistica del sistema presupponendo che la stella compagna massiccia sia un buco nero. La stella di fondo più luminosa è la sua compagna orbitante, la radio pulsar PSR J0514-4002E. Le due stelle sono separate da una distanza di 8 milioni di chilometri e orbitano l'una attorno all'altra ogni 7 giorni. Credito: Daniel Futselaar (artsource.nl)

Limiti di comprensione: stelle di neutroni e buchi neri

Questi oggetti astrofisici sono così densi, e la loro gravità così forte, che i loro nuclei – qualunque essi siano – sono permanentemente coperti dall'universo dagli orizzonti degli eventi: superfici di completa oscurità da cui nessuna luce può sfuggire.

Se vogliamo comprendere la fisica del punto critico tra stelle di neutroni e buchi neri, dobbiamo trovare oggetti a questi confini. In particolare, dobbiamo trovare oggetti per i quali possiamo effettuare misurazioni precise su lunghi periodi di tempo. Ed è esattamente quello che abbiamo trovato: un oggetto che non è chiaramente A Stella di neutroni Né a Buco nero.

Immagine del telescopio spaziale Hubble dell'ammasso globulare NGC 1851. Fonte immagine: NASA, ESA e G. Piotto (Università degli Studi di Padova); Responsabile: Gladys Cooper (NASA/Università Cattolica d'America)

Una danza cosmica in NGC 1851

Questo è avvenuto guardando in profondità nell'ammasso stellare NGC1851 Il fatto che abbiamo scoperto quella che sembra essere una coppia di stelle ci fornisce una nuova visione dei limiti estremi della materia nell’universo. Il sistema è composto da un millisecondo PulsarÈ un tipo di stella di neutroni in rapida rotazione che spazza raggi di luce radio attraverso l'universo mentre ruota, ed è un oggetto massiccio e nascosto di natura sconosciuta.

L'oggetto massiccio è scuro, il che significa che è invisibile a tutte le frequenze della luce: dalla radio alle bande della luce, ai raggi X e ai raggi gamma. In altre circostanze ciò renderebbe impossibile lo studio, ma è qui che ci viene in aiuto la pulsar millisecondo.

Le pulsar millisecondo sono come gli orologi atomici cosmici. Le loro rotazioni sono incredibilmente stabili e possono essere misurate con precisione rilevando l'impulso radio regolare che producono. Sebbene intrinsecamente costante, lo spin osservato cambia quando la pulsar è in movimento o quando il suo segnale è influenzato da un forte campo gravitazionale. Osservando questi cambiamenti, possiamo misurare le proprietà degli oggetti nelle orbite delle pulsar.

Il team ha utilizzato il sensibile radiotelescopio MeerKAT, situato nella regione semidesertica del Karoo in Sud Africa. Credito: Sarao

Svela il mistero con MeerKAT

Abbiamo utilizzato il nostro team internazionale di astronomi Radiotelescopio Meerkat In Sud Africa per effettuare tali osservazioni del sistema, denominato NGC 1851E.

Ciò ci ha permesso di dettagliare con precisione le orbite dei due oggetti, mostrando che il loro punto di massimo avvicinamento cambia nel tempo. Questi cambiamenti sono descritti da La teoria della relatività di Einstein La velocità del cambiamento ci dice la massa combinata degli oggetti nel sistema.

Le nostre osservazioni hanno rivelato che il sistema NGC 1851E pesa circa quattro volte il nostro Sole e che la compagna oscura era, come una pulsar, un oggetto compatto, molto più denso di una stella normale. Le stelle di neutroni più massicce pesano circa il doppio della massa del Sole, quindi se questo è un sistema di stelle di neutroni doppie (sistemi ben noti e ben studiati), deve contenere due delle stelle di neutroni più pesanti mai scoperte.

Per scoprire la natura della compagna, dovremo capire come è distribuita la massa nel sistema interstellare. Usando sempre la relatività generale di Einstein, possiamo modellare il sistema in dettaglio, trovando una massa per il compagno compresa tra 2,09 e 2,71 volte la massa del Sole.

La massa della compagna rientra nel “gap di massa del buco nero” che si trova tra le stelle di neutroni più pesanti possibili, che si ritiene abbiano una massa di circa 2,2 masse solari, e i buchi neri più leggeri che possono formarsi dal collasso stellare, che hanno una massa di circa 5 masse solari. La natura e la composizione degli oggetti in questo divario è una questione aperta in astrofisica.

Potenziali candidati

Allora cosa abbiamo trovato esattamente?

Possibile storia della formazione della radiopulsar NGC 1851E e della sua strana stella compagna. Crediti: Thomas Torres (Università di Aalborg/MPIfR)

Una possibilità interessante è che abbiamo scoperto una pulsar in orbita attorno ai resti di una fusione (collisione) di due stelle di neutroni. Questa insolita configurazione è stata resa possibile dal denso ammasso di stelle in NGC 1851.

Su questa pista da ballo affollata, le stelle gireranno l'una attorno all'altra, scambiandosi i partner in un valzer senza fine. Se due stelle di neutroni venissero scagliate troppo vicine l’una all’altra, la loro danza finirebbe in modo disastroso.

Il buco nero creato dalla loro collisione, che può essere molto più leggero di quelli creati dal collasso delle stelle, è libero di vagare attraverso l’ammasso finché non trova un’altra coppia di ballerini di valzer e si inserisce sfacciatamente, scacciando il partner più leggero. In trattamento. È questo meccanismo di collisioni e scambi che potrebbe portare al sistema che osserviamo oggi.

Continua a impegnarti

Non abbiamo ancora finito con questo sistema. Il lavoro è già in corso per determinare in modo definitivo la vera natura della compagna e rivelare se abbiamo scoperto il buco nero più leggero o la stella di neutroni più massiccia – o forse nessuno dei due.

Al confine tra stelle di neutroni e buchi neri c'è sempre la possibilità di nuovi oggetti astrofisici, ancora sconosciuti.

Molte speculazioni seguiranno sicuramente a questa scoperta, ma ciò che è già chiaro è che questo sistema rappresenta un’enorme promessa quando si tratta di comprendere cosa accade realmente alla materia negli ambienti più estremi dell’universo.

scritto da:

• Ewan D. Barr – Scienziato di progetto per stelle in transito e pulsar in collaborazione con MeerKAT (TRAPUM), Istituto Max Planck per la radioastronomia
• Arunima Dutta – Dottoranda presso il Dipartimento di ricerca di fisica fondamentale in radioastronomia, Istituto Max Planck per la radioastronomia
• Benjamin Stubbers – Professore di Astrofisica, Università di Manchester

Adattato da un articolo originariamente pubblicato in Conversazione.