Reprezentare artistică a unei stele neutronice, Swift J1749-2807. În dreapta - steaua-companion.

Cât de masivă poate să fie o stea de neutroni? Un nou calcul arată că o astfel de stea nu poate depăşi limita teoretică de de 2,16 ori masa Soarelui. În Univers există sute de miliarde de galaxii. Acestea, la rândul lor, conţin miliarde şi miliarde de stele. Există mai multe tipuri de stele, în funcţie de masa pe care o au. De la stele pitice, la stele uriaşe, cu masa de sute de ori cea a Soarelui. Viaţa unei stele depinde de masă: cu cât mai masivă este o stea, cu atât trăieşte mai puţin. Dacă o pitică roşie poate să supravieţuiască 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 gravitaţional. Explozia stelei da naştere fenomenului numit supernovă. Supernovele sunt fenomene extrem de luminoase, care cauzează o explozie de radiaţii de multe ori mai strălucitoare decât o întreagă galaxie. Materia ce rămâne după explozie colapsează gravitaţional, dând naştere ori unei stele de neutroni, ori unei găuri negre.

Steaua de neutroni este un obiect extrem de dens; practic – dacă lăsăm de-o parte misterioasele găuri negre –  o stea neutronică reprezintă cel mai dens obiect din Univers.

Ca să înţelegem cât de densă este o stea de neutroni putem să ne imaginăm că materia conţinută 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 stea de neutroni? Depăşită o anumită limită de masă, nu se mai formează o stea de neutroni, ci o gaură neagră. Care este însă această limită?

La această întrebare a încercat să răspundă un grup de cercetătorii de la institutul de fizica teoretică de la Frankfurt condus de Luciano Rezzolla într-un articol publicat recent în The Astrophysical Journal Letters.

Ceea ce se ştia până la ora actuală pe baza observaţiilor experimentale era faptul că există aparent două familii de stele de neutroni: una cu masa în jur de 1,5 ori masa Soarelui şi cealaltă cu masa de circa 2 ori a astrului nostru. Cea mai masivă stea de neutroni descoperită până în prezent, J0348+0432, are masa de 2,01 ori cea a Soarelui.

Grupul lui Rezzola a analizat datele care proveneau de la observarea fenomenului de coliziune a două stele de neutroni cu ajutorul atât al undelor gravitaţionale, cât şi al telescoapelor optice (GW170817), împreună cu o serie de proprietăţi generale ale stelelor de neutroni, ajungând astfel la concluzia că masa limită a unei stele de neutroni este de 2,16 ori cea a Soarelui.

Observaţii astronomice şi de unde gravitaţionale viitoare vor confirma sau nu existenţa acestei limite.

Limita aceasta este legată de structura internă a stelei de neutroni – pentru înţelegerea căreia au loc dezbateri intense în prezent. Diverse grupuri de fizicieni susţin că o stea de neutroni, precum îi spune şi numele, este alcătuită în exclusivitate din neutroni (ar fi precum un nucleu masiv, care însă conţine doar neutroni, fără protoni).

Alte grupuri însă susţin că lucrurile nu stau chiar aşa ci, dimpotrivă, în inima unei stele de neutroni pe lângă materie compusă din quarcuri „up” şi „down” s-au putea găsi şi particule ce conţin quarcul „strânge”. Ba mai mult, câţiva cercetători susţin că în interiorul acestor stele nici măcar nu s-ar găsi particule, ci un fel de supă de quarcuri, un amestec de quarcuri „up”, „down” şi „strânge”. Experimente efectuate la diverse acceleratoare de particule  cu quarcuri „strânge” încearcă să reproducă procese care, se crede, ar putea avea loc în interiorul stelelor de neutroni. Tocmai pentru a găsi o soluţie la acest mister: cum este inima unei stele de neutroni?

În viitorii ani, atât prin observaţii astronomice, de unde gravitaţionale, cât şi în laborator, ne vom apropia mai mult de înţelegerea acestor stele, a acestei materii extrem de dense care se găseşte în Univers sub forma stelelor de neutroni.