Rappresentazione grafica del metodo Quantum Monte Carlo. @Tommaso Rosi

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STUDIARE LE STELLE DI NEUTRONI

Una ricerca di dottorato in Fisica per capire come funziona l’Universo

20 luglio 2018
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di Luca Riz
Frequenta la Scuola di dottorato in Fisica presso l’Università di Trento.

Mi sono spesso chiesto per quale motivo io abbia deciso di studiare fisica. Ricordo che da piccolo, osservando in cielo quella miriade di puntini luminosi, nasceva in me il desiderio di sapere e di capire come funzionava l’Universo. Credo sia stata proprio questa curiosità a portarmi a scegliere il corso di laurea in Fisica. Dopo aver conseguito presso l'Università di Trento la laurea triennale e la laurea magistrale sto perfezionando i miei studi con un dottorato, un percorso che porta a scoprire più da vicino il mondo della ricerca scientifica, sotto la supervisione di un professore. Dopo tutti questi anni di studio, posso dire di non aver abbandonato le domande che mi ponevo da bambino e, in un certo senso, ho scelto di studiare un argomento che mi aiuta a rispondere proprio a quelle stesse domande: le stelle di neutroni. 

Le stelle di neutroni sono stelle compatte composte principalmente da neutroni, le stesse particelle neutre che compongono il nucleo degli atomi. Sono degli oggetti molto densi, infatti hanno una massa che varia tra una e due masse solari racchiusa in un raggio di circa 10/15 km. Inoltre negli strati più interni (il cosiddetto core), si raggiungono densità molto superiori a quelle degli atomi e a quelle che si riescono a raggiungere negli esperimenti terrestri. Questo pone domande e questioni interessanti. Negli ultimi anni questi particolari oggetti sono tornati alla ribalta nel panorama della fisica perché il 17 agosto 2017 sono state osservate per la prima volta le onde gravitazionali generate dalla collisione di due stelle di neutroni. Lo studio di queste onde gravitazionali ha dato molte informazioni in più rispetto allo studio delle onde generate dalla collisione di due buchi neri, in quanto esiste una controparte elettromagnetica, che è stata osservata. È sorprendente scoprire come l'infinitamente piccolo è collegato ad oggetti macroscopici quali possono essere le stelle. Mi spiego meglio: cambiando la scelta del tipo di interazione tra le particelle, variano le caratteristiche di massa e raggio per cui queste stelle sono stabili, cioè non collassano e non esplodono. Queste proprietà si riescono a misurare e quindi si possono confrontare le previsioni ottenute con i risultati sperimentali.

I risultati che ottengo sono frutto di calcoli che vengono fatti al computer, ma non un computer qualsiasi, bensì i cosiddetti “supercomputer”, che si possono descrivere come “armadi” dove si trovano impilati e connessi tra loro centinaia di componenti che solitamente troviamo nei nostri computer (processore, memoria, disco rigido su cui salvare i risultati ottenuti). Questo supercomputer ci permette di utilizzare più processori contemporaneamente che collaborano per fare lo stesso calcolo. Nel metodo che nel nostro gruppo utilizziamo (Quantum Monte Carlo) si parte da molteplici copie che descrivono il sistema nello stato iniziale e che poi evolvono in modi diversi. I risultati che otteniamo sono dati quindi da una media tra tutti i possibili scenari descritti dai diversi sistemi. Questo ci permette di ottenere risultati attendibili e confrontabili con misurazioni frutto di osservazioni effettuate sia dalla terra che dallo spazio. Inoltre possiamo predire alcune proprietà che non sono state ancora osservate o misurate con precisione, come ad esempio la composizione interna dei diversi strati di queste stelle e le proprietà fisiche associate; oppure il loro raggio, dal momento che è molto difficile misurare sperimentalmente questi oggetti che si trovano a più di 400 anni luce (quattrocento volte la distanza percorsa dalla luce in un anno).

Il consiglio che posso dare a chiunque voglia intraprendere un percorso come il mio è quello di seguire quello che vi affascina, alimentare la curiosità, e investire tutto in voi stessi per raggiungere i vostri scopi. “Da qualche parte, qualcosa di incredibile è in attesa di essere scoperto.” [Carl Sagan]