I LOVE Q

Spesso e volentieri, le grandi scoperte sulle più generali relazioni fisiche sono state dedotte attraverso le osservazioni e in modo piuttosto empirico. Solo in un secondo tempo si sono riuscite a stabilire le motivazioni intrinseche della loro validità. Oggi, l’astrofisica ne ha scoperta una che, anche se ancora in fase prematura, può avvicinarsi come poche alla fisica relativistica estrema. Einstein sarà di nuovo messo sotto esame?

Facciamo un esempio più o meno calzante, ma intuitivo. Keplero ha descritto perfettamente il moto di due corpi, senza conoscerne ancora le motivazioni. Solo successivamente, Newton ne ha dato una spiegazione basata sulla comprensione esatta delle grandezze realmente in gioco e sulla loro interazione.

Chi volesse celebrare questa fantastica scoperta (almeno io penso che lo sia veramente) può facilmente farlo attraverso una t-shirt dall’apparenza molto “banale” e altrettanto comune. Basta, infatti, imprimerle sopra la scritta della figura che segue.

I love Q. Se volete sapere chi sia il (la) fantomatico (a) Q siete subito accontentati. Q è il momento di quadrupolo di un certo corpo o sistema. In parole semplici, è un parametro che indica la forma di un oggetto e che è legato strettamente alla formazione delle onde gravitazionali. Cercherò di essere un po’ più preciso, rimanendo a livello di grande semplicità. In base al modello derivante dalle equazioni di Einstein  si pensa che la quantità di radiazione gravitazionale, emessa da un corpo, dipenda dal grado di disomogeneità nella distribuzione della massa (in termini di deviazione del corpo dalla forma sferica); la grandezza fisica che misura questa disomogeneità è il momento di quadrupolo.

Quando esso varia notevolmente e rapidamente il corpo o il sistema emette onde gravitazionali, che sono tanto più intense quanto più è rapida la variazione del momento. In altre parole, durante la sua rotazione, ad esempio, l’oggetto deve variare velocemente la sua componente non sferica. Un astro di forma allungata che ruoti velocemente intorno a un asse di simmetria NON produce onde gravitazionali, dato che il momento di quadrupolo non varia. Se, però, ruota attorno a un asse qualsiasi, ne produce in abbondanza, dato che il momento di quadrupolo è notevole.

Un oggetto ideale per verificare questa teoria deve perciò, innanzitutto, essere un rapidissimo rotatore. Noi conosciamo molto bene dei rotatori eccezionali: le stelle di neutroni.

Love sta invece per numero di Love (o meglio numeri) e misura la deformabilità di un oggetto celeste quando viene schiacciato. Più grande è il numero, più si deforma la stella. E’ stato introdotto all’inizio del secolo scorso da Augustus Edward Love per quantificare gli effetti della marea sulla forma della Terra.

L’ultimo parametro, I, sta ovviamente per momento d’inerzia, che tutti voi dovete ormai conoscere molto bene. E’ la grandezza responsabile dell’aumento e della diminuzione della velocità di rotazione di una pattinatrice sul ghiaccio a seconda che avvicini o allontani le braccia dal corpo. Esso controlla, perciò, la velocità di rotazione di un oggetto a parità di massa, in funzione della sua forma più o meno allungata.

Questi tre parametri devono per forza essere collegati tra loro e quindi  relazioni del tipo I-Love-Q non sono nuove in astrofisica. Tuttavia, l’applicazione alle stelle di neutroni apre un nuovo capitolo di importanza fondamentale. Se si riesce a scrivere una relazione, confermata dalle osservazioni e di carattere generale, essa può essere usata per prevedere qualsiasi risultato legato a situazioni che riguardano fenomeni e materia ai loro limiti estremi. Questo è ciò che è stato fatto recentemente ed ha avuto l’approvazione della Comunità Scientifica Internazionale. Non vi sarà bisogno di aspettare molto tempo per avere prove definitive, dato che le nuove tecnologie dovrebbero rilevare le onde gravitazionali entro non più di dieci anni, forse anche meno. L’applicabilità delle relazioni I Love Q è estremamente generale. Ad esempio può estendersi ai sistemi binari in rapida rotazione e, in particolare, a quelli formati da due stelle di neutroni in fase di decadimento orbitale. Sappiamo molto bene che questo fenomeno è tra i più violenti e interessanti, sia per la nucleosintesi che per le onde gravitazionali più intense.

I Love Q, però, ha una sua caratteristica particolare che ci rimanda all’inizio dell’articolo. Le relazioni sono dedotte dalle osservazioni, senza aver bisogno di sapere le caratteristiche intrinseche della materia veramente speciale delle stelle di neutroni. Sono fatte di neutroni o anche di quark o di una loro ignota mistura? La materia degenere, sotto pressioni impressionanti è ancora sconosciuta e non si sa come risponda esattamente alle sollecitazioni esterne. Se si dovesse aspettare di conoscerla per potere scrive le equazioni di stato delle stelle di neutroni saremmo ancora a uno stadio veramente elementare. Le relazioni I Love Q superano il problema e ci forniscono una legge, anche senza sapere perché esiste. Un po’ come le leggi di Keplero.

Per adesso, accontentiamoci: sicuramente le prossime conferme ci permetteranno di capire anche il perché e il come. Stiamo molto in campana!

La figura che segue l’ho inserita solo per mostrare che la relazione esiste e che permette di separare le stelle di neutroni da quelle di quark, pur non conoscendo le caratteristiche della materia di cui sono composte. Non chiedetemi di spiegarle, però! Per chi volesse andare più a fondo consiglio questa PRESENTAZIONE che mi sembra ben fatta.

 

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3 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. grazie, Enzo, ancora una volta per la semplicità e l'efficacia con cui descrivi certe leggi e fenomeni per cui anche io, con la mia poca preparazione posso capire; non solo : posso anche mettere queste cose in relazione a ciò che ho imparato dal "teatro" così non solo mi serve da ripasso per certi concetti, ma mi aiuta ad ampliarli, a vedere le loro relazioni più estese, anche a fenomeni che nel "teatro" non c'erano. Mi rendo conto che sapere certe leggi e concetti vale non solo per le situazioni descritte nel "teatro" ma posso trovarle sempre, immutate, ma applicabili in mille modi diversi per capire che tutto, anche fenomeni diversi, funzionano sempre secondo gli stessi, semplici, fondamentali principi. So che per voi veterani è un dato acquisito, ma per me continua a essere una scoperta e una sorpresa tale da doverla ancora dire..scusate

  2. Citazione Originariamente Scritto da manuela Visualizza Messaggio
    grazie, Enzo, ancora una volta per la semplicità e l'efficacia con cui descrivi certe leggi e fenomeni per cui anche io, con la mia poca preparazione posso capire; non solo : posso anche mettere queste cose in relazione a ciò che ho imparato dal "teatro" così non solo mi serve da ripasso per certi concetti, ma mi aiuta ad ampliarli, a vedere le loro relazioni più estese, anche a fenomeni che nel "teatro" non c'erano. Mi rendo conto che sapere certe leggi e concetti vale non solo per le situazioni descritte nel "teatro" ma posso trovarle sempre, immutate, ma applicabili in mille modi diversi per capire che tutto, anche fenomeni diversi, funzionano sempre secondo gli stessi, semplici, fondamentali principi. So che per voi veterani è un dato acquisito, ma per me continua a essere una scoperta e una sorpresa tale da doverla ancora dire..scusate
    cara Manu,
    tu stai descrivendo come dovrebbe funzionare una mente razionale e logica: vedere le correlazioni, le modalità solo apparentemente diverse, le sottili somiglianze e, alla fine, farne una sintesi generale. Sapere che ciò che ho scritto viene filtrato così bene da te, mi rende veramente felice. E non lo dico per falsa modestia, ma veramente convinto!!! GRAZIE di cuore...

  3. Ho letto l'articolo, molto bello come sempre, però mi ha lasciato perplesso, ho scaricato anche la presentazione per vedere meglio i grafici.
    La cosa che mi è parso di capire è che il comportamento di stelle di neutroni o di stelle di materia più degenere "quark" è diverso, inoltre conoscendo la misura di un parametro si risale automaticamente agli altri due, però da quel poco che ho capito i casi in esame sono un po' pochini ed occorrerà aumentare il campione per confermare le formule.

    L'altra cosa è che che mi pare di aver capito che non si ha la più pallida idea del perchè tale relazione sussista.

    Spero di non aver preso lucciole per lanterne...