Le stelle di neutroni rappresentano alcuni degli oggetti più straordinari dell’universo. Questi corpi celesti, con una massa superiore a quella dell’intero Sistema solare, sono compressi in sfere di appena una dozzina di chilometri di diametro, rendendoli tra gli oggetti più densi conosciuti. Tuttavia, le condizioni estreme che caratterizzano il loro interno rendono la loro composizione e struttura ancora avvolte nel mistero.
L’osservazione della fusione di due stelle di neutroni, come avvenuto nel 2017, offre un’opportunità unica per esplorare questi enigmi. In un sistema binario, le due stelle, nel corso di milioni di anni, si avvicinano progressivamente spiraleggiando l’una verso l’altra, emettendo onde gravitazionali. Il segnale più intenso si registra proprio nell’istante della fusione e nei millisecondi immediatamente successivi. Dopo questo evento catastrofico, ciò che rimane è un oggetto massiccio in rapida rotazione, che continua a emettere onde gravitazionali in un intervallo di frequenze molto ristretto. Questo segnale contiene informazioni cruciali sull’equazione di stato della materia nucleare, fondamentale per comprendere il comportamento della materia a densità e pressioni estreme.
La scoperta della fase “long ringdown”
Un team di astrofisici della Goethe University di Francoforte ha recentemente identificato un fenomeno chiave nella fase successiva alla fusione. Sebbene l’intensità del segnale gravitazionale diminuisca progressivamente nel tempo, esso diventa sempre più puro, convergendo verso un’unica frequenza, simile al suono prodotto da un diapason gigante che vibra dopo essere stato colpito. Questa fase, definita long ringdown, rivela una stretta connessione con le proprietà delle regioni più dense nei nuclei delle stelle di neutroni.
Il professor Luciano Rezzolla, a capo dello studio, spiega che, proprio come i diapason di materiali diversi producono toni distinti, così i resti delle stelle di neutroni risuoneranno a frequenze differenti in base alla loro equazione di stato. L’osservazione di questo segnale potrebbe quindi offrire un’indicazione diretta sulla composizione di questi oggetti estremi.
Attraverso simulazioni avanzate delle fusioni di stelle di neutroni, utilizzando equazioni di stato altamente selezionate, i ricercatori hanno dimostrato che lo studio del long ringdown può ridurre in modo significativo le incertezze sull’equazione di stato della materia densa. Attualmente, queste condizioni fisiche non possono essere studiate con metodi diretti.
Christian Ecker, primo autore dello studio, sottolinea come l’impiego di modelli statistici avanzati e simulazioni ad alta precisione eseguite su alcuni dei più potenti supercomputer tedeschi abbia permesso di identificare questa nuova fase della fusione. Questa scoperta potrebbe fornire nuovi vincoli stringenti sulle proprietà della materia nucleare, permettendo una comprensione più profonda delle stelle di neutroni.
Il futuro della ricerca con i nuovi rivelatori gravitazionali
Nonostante l’importanza della scoperta, gli attuali rivelatori di onde gravitazionali non sono ancora in grado di individuare questo segnale post-fusione. Tuttavia, gli scienziati sono fiduciosi che i futuri strumenti di terza generazione, come l’Einstein Telescope, renderanno possibile questa osservazione. Questo ambizioso progetto europeo, in cui l’Italia punta a giocare un ruolo di primo piano, dovrebbe entrare in funzione entro il prossimo decennio.
Il professor Rezzolla spiega che la difficoltà nella rilevazione del long ringdown è legata all’elevata frequenza del segnale (tra 2.5 e 3.5 kHz). A queste frequenze, i rivelatori attuali sono dominati dal rumore del laser, rendendo impossibile distinguere il segnale significativo. È per questo motivo che, ad esempio, il post-merger del celebre evento GW170817 non è stato osservato.
Con l’arrivo di nuovi rivelatori più sensibili, il long ringdown potrebbe diventare uno strumento essenziale per investigare la materia densa e svelare i segreti più profondi delle stelle di neutroni, aprendo una finestra senza precedenti sull’universo estremo.
