Nuovi studi con simulazioni quantistiche aprono la strada alla comprensione dell’evoluzione delle stelle di neutroni. Queste sono stelle compatte fortemente magnetizzate e rapidamente rotanti, principalmente osservate come pulsars e originate da eventi esplosivi noti come supernove.
Fin dalla loro scoperta nel 1967, gli scienziati ne sono stati affascinati e incuriositi: i periodici lampi di luce emessi dalle pulsars apparivano così regolari da poter essere interpretati come comunicazione alinea.
In realtà, tale emissione elettromagnetica è confinata in un piccolo fascio a causa del disallineamento tra l'asse magnetico e quello di rotazione, rendendo la sua osservazione possibile solo quando il campo magnetico della stella punta direttamente verso la Terra (come un faro ).
Questa emissione di luce fa perdere energia alla stella e causa la progressiva riduzione della sua velocità di rotazione.
Ulteriori osservazioni hanno rivelato una bizzarra caratteristica: a intervalli irregolari la velocità di rotazione improvvisamente aumenta, fenomeno oggi noto come glitch. La spiegazione maggiormente accreditata è che questi eventi siano la manifestazione della presenza di materia superfluida all'interno della stella.
In figura (2) viene mostrata l’evoluzione temporale della frequenza di rotazione del supersolido. Le frecce indicano i glitch. In basso la variazione relativa di frequenza in cui i glitch vengono evidenziati
In un superfluido messo in rotazione si generano tanti piccoli vortici e ognuno di essi ha una piccola quantità di momento angolare. Quando molti vortici dall'interno raggiungono la crosta esterna, cedono energia cinetica alla superfice della stella e la sua velocità di rotazione aumenta (avviene un glitch).
L'aspetto ancora da comprendere pienamente è il meccanismo con cui i vortici sono “intrappolati” all’interno della stella e poi improvvisamente rilasciati: questo necessita di una fase della materia che presenta proprietà sia dei cristalli sia dei superfluidi.
Per la comprensione di tale fenomeno viene in aiuto la recente scoperta della supersolidità, una fase della materia lungamente cercata che soddisfa entrambi i requisiti e ben si presta ad emulare il comportamento della materia all’interno delle stelle di neutroni. Questa esotica fase è stata ottenuta in esperimenti sulla Terra utilizzando atomi ultrafreddi di terre rare.
Le prime simulazioni numeriche per questi sistemi supersolidi sono state pubblicate oggi su Physical Review Letters “ Glitches in rotating supersolids”.
“Si è mostrato come i glitch possono essere osservati anche in supersolidi in rotazione. Si apre quindi la possibilità di simulare sulla Terra il comportamento della materia di oggetti astrofisici sorprendenti, come le stelle di neutroni, utilizzando atomi freddi” - dichiarano entusiasti Massimo Mannarelli (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) e Silvia Trabucco (Gran Sasso Science Institute) tra gli autori del lavoro. La collaborazione vede inoltre coinvolti ricercatori dell'Università e dell’ Institute for Quantum Optics and Quantum Information di Innsbruck.
L'articolo "Glitches in rotating supersolids" è stato pubblicato online sul numero del 1 dicembre 2023 di Physical Review Letters (vol. 131, N. 22):
URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.131.223401
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.223401
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REIS - 30.11.2023