Pasta nucleare. Crediti: McGill Media Relations Office
È stata chiamata “pasta nucleare“, e uno studio la cui pubblicazione è stata accettata su Physical Review Letters l’ha incoronata come la sostanza più resistente tra quelle conosciute nell’universo. Un team di scienziati che ha visto la collaborazione tra la l’Università McGill di Montreal, l’Università dell’Indiana e il California Institute of Thecnology, è riuscito a calcolare la forza di questa sostanza che si trova nelle profondità della crosta delle stelle di neutroni.
«La resistenza della crosta delle stelle di neutroni, in particolare il fondo della crosta, è cruciale per un gran numero di problemi in astrofisica, ma non è ben compresa», spiega Matthew Caplan, primo autore dello studio e ricercatore postdoc alla McGill University, che ha eseguito con successo le più grandi simulazioni al computer mai condotte finora sulle croste delle stelle di neutroni, diventando il primo a descriverne il “punto di rottura”.
Le stelle di neutroni si formano dal collasso delle supernove – da un’implosione che comprime un oggetto delle dimensioni del Sole fino a renderlo di dimensione pari a circa quella di una città – e sono dei corpi celesti molto compatti e densi, composti appunto da neutroni tenuti insieme dalla forza di gravità. L’elevata densità fa sì che il materiale che compone questi corpi celesti, ovvero la “pasta nucleare”, abbia una struttura unica.
Al di sotto della crosta, man mano che ci si avvicina al nucleo, le forze in competizione fra protoni e neutroni fanno sì che si aggreghino in forme simili a lunghi cilindri o estesi piani, noti in letteratura rispettivamente come “spaghetti” o “lasagne”, da cui appunto l’appellativo di “pasta nucleare”. L’azione combinata dell’estrema densità e di queste strane forme rende la pasta nucleare incredibilmente rigida.
Grazie a complesse simulazioni di dinamica molecolare, i ricercatori hanno potuto virtualmente stirare e deformare questa pasta, arrivando così a descriverne i meccanismi di rottura. Ne è stato misurato il modulo di taglio – 1030 ergs per cm cubo – e il breaking strain, superiore a 0,1: caratteristiche che ne fanno, appunto, la sostanza più resistente conosciuta. «I nostri risultati sono preziosi per gli astronomi che studiano le stelle di neutroni. Il loro strato esterno è quello che effettivamente riusciamo a osservare, quindi dobbiamo capirlo per interpretare le osservazioni astronomiche di quel tipo di stelle», sottolinea Caplan.
I risultati potrebbero anche aiutare gli astrofisici a comprendere meglio onde gravitazionali come quelle rilevate l’anno scorso a seguito dello scontro di due stelle di neutroni. L’esito delle simulazioni suggerisce perfino che piccole onde gravitazionali possano essere prodotte anche da stelle di neutroni solitarie.
«Con le condizioni estreme che ci sono, c’è la possibilità di fare un sacco di fisica interessante. La comprensione delle proprietà fisiche delle stelle di neutroni è un modo per gli scienziati di mettere alla prova teorie e modelli. A seguito di questi risultati», conclude Caplan, «molti problemi andranno rivisti. Per esempio, quanto dovrebbe essere grande una montagna su una stella di neutroni affinché la crosta si rompa e collassi? Che aspetto avrà? E, cosa più importante, come possono fare gli astronomi per osservare questi fenomeni?»
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Elasticity of nuclear pasta“, di M. E. Caplan, A. S. Schneider e C. J. Horow