Gli astronomi sanno da tempo che le stelle di neutroni, i nuclei compressi che rimangono dopo l’esplosione di stelle massicce, dovrebbero essere sparse in tutta la Via Lattea. Tuttavia, la maggior parte di esse è praticamente invisibile. Un nuovo studio pubblicato su Astronomy and Astrophysics suggerisce che il futuro telescopio spaziale Nancy Grace Roman della NASA potrebbe comunque individuarle.
Utilizzando simulazioni dettagliate della Via Lattea e delle future osservazioni di Roman, i ricercatori hanno dimostrato che l’osservatorio di punta potrebbe essere in grado di identificare e caratterizzare decine di stelle di neutroni isolate attraverso un sottile effetto chiamato microlensing gravitazionale.
“La maggior parte delle stelle di neutroni sono relativamente deboli e isolate”, ha affermato Zofia Kaczmarek dell’Università di Heidelberg, in Germania, che ha guidato lo studio . “Sono incredibilmente difficili da individuare senza un qualche tipo di aiuto.”
Trovare ciò che è invisibile
Le stelle di neutroni concentrano in una sfera delle dimensioni di una città una massa superiore a quella del Sole. Studiarle ci aiuta a comprendere come le stelle nascono, muoiono e disperdono gli elementi pesanti nell’universo. Offrono inoltre l’opportunità di studiare ciò che accade nelle condizioni più estreme immaginabili (pressioni e densità).
Tuttavia, a meno che non si tratti di pulsar che emettono onde radio o brillano ai raggi X, possono rimanere nascoste anche ai telescopi più potenti.
Roman può cercarli in un modo diverso. Quando un oggetto massiccio come una stella di neutroni si muove davanti a una stella di sfondo distante, la sua intensa gravità deforma lo spaziotempo e devia la luce della stella di sfondo. Questo effetto di microlensing gravitazionale rende brevemente la stella di sfondo più luminosa e la fa apparire spostata rispetto alla sua vera posizione nel cielo.
Mentre molti telescopi sono in grado di rilevare l’aumento temporaneo di luminosità, Roman può misurare sia l’aumento di luminosità (fotometria) sia il minuscolo spostamento di posizione (astrometria) della stella oggetto di lente gravitazionale con una precisione eccezionale.
Poiché le stelle di neutroni sono relativamente massicce, producono un segnale astrometrico più intenso rispetto agli oggetti più leggeri, consentendo a missioni come Roman non solo di rilevarle, ma anche di pesarle in alcuni casi, cosa quasi impossibile con la sola fotometria.
“L’aspetto davvero interessante dell’utilizzo del microlensing è la possibilità di ottenere misurazioni dirette della massa”, ha affermato Peter McGill del Lawrence Livermore National Laboratory, coautore dello studio. “La fotometria ci dice che qualcosa è passato davanti alla stella, ma è la variazione di posizione della stella che ci indica la massa di quell’oggetto. Misurando questa minuscola deflessione nel cielo, possiamo pesare direttamente qualcosa che altrimenti sarebbe invisibile.”
Le misurazioni di Roman potrebbero aiutare gli astronomi a determinare se esiste un vero divario tra le masse delle stelle di neutroni e dei buchi neri e a stabilire la velocità di movimento delle stelle di neutroni.
Gli scienziati sono particolarmente interessati a comprendere le potenti “spinte” che le stelle di neutroni ricevono quando nascono nelle esplosioni di supernova. Queste spinte possono farle sfrecciare attraverso la galassia a centinaia di chilometri al secondo.
Sondaggi di vaste proporzioni, alta probabilità di successo
Il team di ricerca utilizzerà il futuro Galactic Bulge Time Domain Survey di Roman , che monitorerà milioni di stelle contemporaneamente in vaste immagini del cielo, acquisite ad alta frequenza.
“Ci metteremo al lavoro non appena inizieremo ad avere i dati”, ha affermato McGill. “Anche nei primi mesi successivi all’avvio del sistema, prevediamo di iniziare a individuare eventi promettenti.”
Anche un numero relativamente piccolo di rilevamenti confermati potrebbe migliorare significativamente i modelli delle esplosioni stellari e della materia estrema.
“Non conosciamo la distribuzione di massa delle stelle di neutroni, dei buchi neri, né dove finisce l’uno e inizia l’altro con certezza”, ha affermato McGill. “Roman rappresenterà una vera svolta in questo campo.”
Sebbene finora siano state individuate solo poche migliaia di stelle di neutroni, per lo più sotto forma di pulsar, gli scienziati stimano che nella Via Lattea potrebbero essercene da decine a centinaia di milioni. Inoltre, ad oggi, i ricercatori sono stati in grado di misurare le masse delle stelle di neutroni solo in sistemi binari.
“Stiamo osservando un piccolo campione che non è rappresentativo del quadro generale”, ha affermato Kaczmarek. “Anche una singola misurazione della massa sarebbe molto significativa. Se trovassimo anche una sola stella di neutroni isolata, sarebbe già incredibilmente stimolante per la nostra ricerca.”
Guardando al futuro
Lo studio mette inoltre in luce un utilizzo creativo delle capacità della missione. Sebbene la missione Roman sia progettata principalmente per individuare esopianeti tramite microlensing fotometrico, le sue potenti capacità astrometriche aprono la strada a scoperte completamente nuove grazie al microlensing astrometrico.
“Questo non faceva parte del piano originale”, ha detto McGill. “Ma si è scoperto che le capacità astrometriche di Roman sono davvero ottime per rilevare stelle di neutroni e buchi neri, quindi possiamo aggiungere un tipo di ricerca completamente nuovo alle osservazioni di Roman.”
Se le previsioni si riveleranno corrette, la missione potrebbe fornire il primo ampio campione di stelle di neutroni isolate scoperte grazie alla loro sola gravità, rivelando una popolazione nascosta rimasta finora inaccessibile. Si prevede che Roman rivoluzionerà lo studio del microlensing e delle popolazioni nascoste di oggetti nella nostra galassia, dagli esopianeti erranti ai resti stellari come le stelle di neutroni.
Il telescopio spaziale Nancy Grace Roman è gestito dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, con la partecipazione del Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California meridionale; del Caltech/IPAC di Pasadena, in California; dello Space Telescope Science Institute di Baltimora; e di un team scientifico composto da scienziati provenienti da diverse istituzioni di ricerca. I principali partner industriali sono BAE Systems Inc. di Boulder, in Colorado; L3Harris Technologies di Rochester, nello Stato di New York; e Teledyne Scientific & Imaging di Thousand Oaks, in California.
Fonte: STScI
Redazione Economia dello Spazio Magazine
