Il Gap di Massa: Stelle di Neutroni e Buchi Neri

Nell'universo, troviamo diversi tipi di stelle. Alcune diventano Stelle di neutroni, mentre altre collassano in buchi neri. Però, c'è una strana lacuna nella massa tra le stelle di neutroni tipiche e i buchi neri di massa stellare. Questa lacuna non è completamente vuota, ma non è ancora chiaro cosa causi questo fenomeno. Una spiegazione recente si concentra su come alcune stelle esplodono, soprattutto durante il loro fine vita.

Quando una stella massiccia esaurisce il suo combustibile nucleare, non può più sostenersi contro la gravità. Questo porta a un collasso, che provoca un'esplosione di Supernova. Ci sono diversi modi in cui queste esplosioni possono verificarsi. Sono state considerate due teorie principali. Una è il meccanismo dell'esplosione ritardata dei neutrini, mentre l'altra è il meccanismo dell'esplosione dei Getti jittering (JJEM). Entrambe le teorie esaminano come il nucleo della stella collassa e come questo collasso porta all'esplosione.

Il JJEM si concentra sui getti di materiale che vengono lanciati durante l'esplosione. Quando si forma una stella di neutroni dal nucleo collassato, può attirare materiale circostante. Questo processo di accrescimento coinvolge il Momento angolare, che è la forza rotazionale che influisce su come si muove il materiale. Nel JJEM, ci sono due fonti principali di momento angolare che influenzano la stella di neutroni appena formata: una componente casuale che cambia direzione e una componente costante dalla rotazione della stella prima del collasso.

Nelle stelle che ruotano lentamente prima di collassare, il momento angolare casuale può creare strutture irregolari attorno alla stella di neutroni. Queste strutture possono portare a getti di materiale espulsi in varie direzioni. Questo è importante perché quando i getti vengono lanciati in tutte le direzioni, possono ripulire il materiale attorno alla stella di neutroni, lasciandola come un residuo.

D'altra parte, se la stella ruota rapidamente prima di collassare, la situazione cambia. Il momento angolare rimane allineato, e i getti sono per lo più diretti lungo questo asse stabile. Di conseguenza, il materiale continua ad affluire verso la stella di neutroni dai lati, permettendole di accumulare massa fino a diventare un buco nero.

La transizione tra questi due stati-da rotazione lenta a rotazione rapida-è relativamente ristretta. Questa transizione è importante perché aiuta a spiegare la popolazione rara di oggetti trovati nella lacuna di massa tra le stelle di neutroni e i buchi neri. Mostra il delicato equilibrio nelle condizioni che portano a diversi stati finali della stella dopo l'esplosione.

Quando i getti vengono lanciati dalla stella di neutroni, giocano un ruolo cruciale nel determinare quanto massa rimane. Nei casi in cui i getti sono diretti verso l'esterno, possono effettivamente respingere il materiale circostante, portando alla formazione di una stella di neutroni. Tuttavia, quando i getti evitano la regione equatoriale, non spingono il materiale via lì, permettendo un accumulo maggiore di massa, trasformando la stella di neutroni in un buco nero.

Il cambiamento nella direzione del momento angolare deriva da fluttuazioni casuali nel nucleo prima del collasso. Queste fluttuazioni possono essere causate da correnti di convezione o instabilità che diventano significative durante il collasso stellare. Man mano che una stella collassa, questi movimenti di materiale si amplificano, portando a formazioni di getti irregolari.

Queste variazioni creano una situazione in cui i getti possono essere lanciati in direzioni diverse, ma ci possono essere anche periodi in cui il momento angolare rimane stabile. Quando ciò accade, può portare a getti che non riescono a espellere materiale dalla regione equatoriale circostante. Invece, il materiale continua a essere attratto, e questo può far sì che la stella di neutroni acquisisca più massa.

L'intero processo è complesso e capirlo richiede di considerare vari scenari su come le stelle evolvono nel tempo. Man mano che la massa della stella di neutroni aumenta, il suo destino cambia. I getti possono portare via energia dal sistema, e questa energia gioca un ruolo negli eventi esplosivi che si verificano.

È fondamentale comprendere che quando si forma una stella di neutroni, potrebbe non rimanere tale a lungo. Se inizia ad acquisire massa rapidamente dall'ambiente-grazie all'accrezione-può eventualmente superare una soglia in cui si trasforma in un buco nero. Il meccanismo di feedback in questo sistema è vitale; quando i getti sono efficienti, possono portare a eventi di supernova che risultano in stelle di neutroni. Al contrario, quando i getti sono inefficienti e permettono l'accumulo di massa, possono formarsi buchi neri.

Ulteriormente a complicare le cose è la natura del materiale circostante la stella. Man mano che il nucleo collassa e i getti vengono espulsi, la dinamica del flusso di materiale può cambiare. Alcuni studi suggeriscono che in certi scenari, i getti possono comunque essere lanciati anche quando il momento angolare specifico è al di sotto della soglia tipica necessaria per formare una struttura a disco attorno alla stella.

La distribuzione dei getti è anche essenziale. Quando sono diretti verso il piano equatoriale, possono influenzare il materiale circostante in modo diverso rispetto a quando sono diretti lungo i poli. Gli angoli dei getti possono variare ampiamente in base alle condizioni nella stella prima che esploda. Comprendere queste distribuzioni aiuta gli scienziati a decifrare perché certe masse vengono osservate più frequentemente di altre.

I getti giocano un ruolo chiave nel determinare l'esito dell'evento esplosivo. Possono spiegare molte proprietà osservate delle supernovae. Ad esempio, possono chiarire perché alcune supernovae appaiono più energetiche di altre e come si discostano dalla simmetria sferica.

Questa indagine fa luce sui meccanismi che portano alla lacuna di massa tra le stelle di neutroni e i buchi neri. L'interazione tra momento angolare, dinamiche dei getti e le condizioni presenti durante il collasso di una stella plasmano l'esito. Se una stella di neutroni può espellere efficacemente il materiale circostante tramite i getti, rimarrà una stella di neutroni. Tuttavia, se le condizioni consentono un accumulo di massa senza ostacoli, la stella di neutroni evolverà presto in un buco nero.

In conclusione, la lacuna di massa tra le stelle di neutroni e i buchi neri serve come una finestra sui processi che governano l'evoluzione e la morte stellare. I diversi meccanismi di esplosione forniscono un quadro per comprendere come alcune stelle evolvono in stelle di neutroni mentre altre si trasformano infine in buchi neri. I vari ruoli del momento angolare e delle dinamiche dei getti sono cruciali per afferrare questo mistero cosmico. Attraverso la ricerca e l'osservazione continue, gli scienziati continuano a migliorare la loro comprensione di questi fenomeni stellari.