Quando due stelle di neutroni si fondono, producono un’esplosione nello spazio, la kilonova. Gli attuali modelli teorici che descrivono questi processi prevedono una nube esplosiva dalla forma appiattita e asimmetrica.

Una recente scoperta fatta da un gruppo di astrofisici dell’Università di Copenaghen sta però cambiando le carte in tavola. Secondo la loro ricerca, la kilonova è una sfera perfetta. Come questo sia possibile è ancora un mistero, però potrebbe fornire delle informazioni importanti per la comprensione del meccanismo di fusione fra stelle.

La geometria delle kilonovae

Le stelle di neutroni rappresentano lo stato finale della vita di stelle molto massicce, e sono degli oggetti estremamente compatti. Quando due oggetti di questo tipo che orbitano l’una intorno all’altro si scontrano, si fondono in un’unica stella di neutroni ipermassiccia che collassa immediatamente in un buco nero.

In corrispondenza della fusione, si verifica la kilonova, un’esplosione che dà origine alle condizioni fisiche fra le più estreme nell’Universo. In queste condizioni vengono creati gli elementi più pesanti della tavola periodica, come l’oro, il platino e l’uranio.

La geometria della kilonova è un elemento chiave per la comprensione della fusione delle due stelle di neutroni, ed è dettata dalle proprietà della materia e dall’energia che viene rilasciata durante il collasso in buco nero. Questo fenomeno è stato previsto nel 1974 e osservato per la prima volta nel 2013, ma c’è ancora molto che aspetta di essere scoperto.

L’unica kilonova ben studiata è AT2017gfo, associata all’evento di onde gravitazionali GW170717 del 2017, grazie ai dati dettagliati forniti dai rivelatori LIGO (negli Stati Uniti) e Virgo (in Italia). Gli scienziati di tutto il mondo stanno ancora interpretando i dati di questo episodio, tra cui Albert Sneppen, dottorando presso l’Istituto Niels Bohr dell’Università di Copenaghen e primo autore dello studio.

Lui e il suo gruppo di ricerca hanno scoperto che la kilonova del 2017 è completamente simmetrica, e ha una forma vicina a una sfera perfetta.

Il mistero dell’esplosione a geometria sferica

Questo è sorprendente, perché tutti i modelli idrodinamici finora utilizzati mostrano tipicamente un’esplosione asimmetrica. Darach Watson, professore associato presso l’Istituto Niels Bohr e secondo autore dello studio, ha affermato:

Nessuno si aspettava che l’esplosione avesse questo aspetto. Non ha senso che sia sferica, come una palla. Ma i nostri calcoli mostrano chiaramente che è così. Questo probabilmente significa che le teorie e le simulazioni delle kilonovae che abbiamo preso in considerazione negli ultimi 25 anni mancano di una fisica importante.

Come la kilonova possa essere sferica è un vero mistero. Secondo i ricercatori, ci deve essere una fisica inaspettata in gioco. In particolare, per avere simmetria, si dovrebbe registrare un’enorme quantità di energia fuoriuscente dal centro dell’esplosione. Questo significa che nel nucleo della collisione c’è una quantità di energia mai prevista prima.

“Forse si crea una sorta di bomba magnetica, nel momento in cui l’energia dell’enorme campo magnetico della stella di neutroni ipermassiccia viene rilasciata quando la stella collassa in un buco nero. Il rilascio di energia magnetica potrebbe far sì che la materia nell’esplosione si distribuisca in modo più sferico” spiega Watson.

Tuttavia, questa ipotesi non tiene conto di alcuni aspetti fondamentali della scoperta. Un’idea alternativa proposta dai ricercatori prevede un’emissione elevata di neutrini, però anche in questo caso sembra ci siano delle lacune. “Ma crediamo che i neutrini giochino un ruolo ancora più importante di quanto pensassimo” afferma Sneppen.

Ulteriori applicazioni delle kilonovae sferiche

La sfericità delle kilonovae potrebbe essere utile anche per fare luce su una questione di natura cosmologica, la costante di Hubble, che non è altro che la velocità di espansione dell’Universo. Questo valore è di fondamentale importanza dato che può dare informazioni riguardo all’età dell’Universo e a come esso si è evoluto nel tempo.

“I due metodi esistenti per misurarla sono in disaccordo di circa un miliardo di anni. Qui potremmo avere un terzo metodo che può integrare ed essere testato rispetto alle altre misurazioni” continua Sneppen.

In questo caso, conoscere la forma è essenziale: se un oggetto non è sferico, emette radiazione in modo diverso in base all’angolo di osservazione. Tuttavia, per confermare questa ipotesi è necessaria una grande mole di dati, soprattutto da sorgenti più distanti. Le osservazioni di LIGO e Virgo nei prossimi anni saranno cruciali.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature ed è reperibile qui.