Simulazioni numeriche della fusione di stelle di neutroni

L’obbiettivo del progetto EOSDNSM (Equation of state dependence of neutron star mergers), finanziato dall’UE, era quello di studiare le fusioni delle stelle di neutroni usando delle simulazioni numeriche. Un’equazione di stato in fisica rappresenta una relazione matematica che è sempre vera tra importanti variabili di stato come pressione e densità. Gli studi avevano due obbiettivi principali: una comprensione più profonda dell’emissione delle onde gravitazionali di questi eventi, e uno studio del ruolo delle fusioni nella produzione di elementi pesanti formati dal rapido processo nucleare della cattura neutronica.

Il team del progetto ha effettuato un’ampia serie di simulazioni di fusioni tra stelle di neutroni con molte differenti equazioni di stato dipendenti dalla temperatura e con masse binarie variate sistematicamente. Gli spettri delle onde gravitazionali sono stati analizzati e le relazioni empiriche per differenti caratteristiche dello spettro sono state derivate.

Le modalità di oscillazione e le caratteristiche dinamiche del residuo della fusione sono state identificate e collegate a caratteristiche del segnale dell’onda gravitazionale. I segnali dell’onda gravitazionale simulati sono stati usati in studi sull’analisi dei dati dell’onda gravitazionale per esaminare la loro individuabilità e l’atteso tasso di individuazione.

L’ampliata serie di simulazioni delle fusioni ha confermato le precedenti conclusioni relative a una stretta relazione tra la dominante frequenza di oscillazione dell’onda gravitazionale e il raggio della stella di neutroni. Dedurre il raggio di una stella di neutroni dalle osservazioni delle onde gravitazionali dipende dalla precisione di questa relazione. I risultati del progetto faciliteranno quindi una misurazione accurata del raggio delle stelle di neutroni. Riuscire a determinare la massa massima delle stelle di neutroni, anche con il supporto dei risultati del progetto, avrà un impatto sulla fisica della materia ad alta densità.

I risultati di EOSDNSM hanno permesso di comprendere quali dei differenti meccanismi sono particolarmente forti per un dato sistema binario e una data equazione di stato. Questo ha portato a uno schema di classificazione unificato delle dinamiche post fusione e dell’emissione dell’onda gravitazionale.

Questo lavoro aiuterà a migliorare la comprensione delle attinenti reazioni nucleari durante le fusioni e dei modelli nucleari teorici di fondo. La scoperta di una chiara dipendenza dell’equazione di stato delle proprietà della materia espulsa è rilevante per i modelli dell’evoluzione chimica oltre che per l’interpretazione di future osservazioni di omologhi elettromagnetici.