046 – PULSAR: VOI SIETE QUI!!!!!

Ci serviamo della stella Eta Carinae di cui abbiamo parlato nella pagina 045, per fare un link fra le stelle variabili e le morenti. Oggi parliamo di stelle molto particolari dette stelle di NEUTRONI! In realta’ non si tratta neanche di stelle vere e proprie, ma di residui stellari, cio’ che resta dopo un’esplosione di supernova!!!

RCW 86 resto di supernova
RCW 86 resto di supernova nella costellazione del Compasso - Foto riprese da Chandra e XMM Newton

Per introdurre molto brevemente il succo del discorso, possiamo dire che le stelle di neutroni sono stelle costituite da materia ridotta a una situazione estrema (detta degenere), dove la pressione e la gravita’ sono tali da rendere la maggior parte della struttura “liquida”!! Prima di tutto una stella di neutroni e’ molto piu’ piccola di una nana bianca ed e’ il passaggio prima di diventare buco nero.

schema interno di una stella di neutroni
Schema interno di una stella di neutroni

Ma come arriva una stella piu’ grande del Sole a ridursi a una piccola (ma potente dinamo) fatta di neutroni? Come possiamo immaginare le forze in gioco sono davvero improponibili per noi piccoli terrestri e a volte difficili da immaginare, ma almeno proviamo a spiegarle!! Nella pagina 038 – PATOLOGIE STELLARI abbiamo gia’ descritto come collassano alcune stelle e abbiamo accennato anche a quelle massicce, evitero’ quindi di ripetermi rimandandovi alla pagina sopra indicata. Siamo quindi al punto in cui la pressione e la gravita’ cominciano a non andare piu’ d’accordo e l’equilibrio idrostatico fra le due si rompe! Chi vince la disputa in questo caso e’ la gravita’ ovvero l’energia che preme verso l’interno; la vittoria scatta nel momento in cui la gravita’ assume un valore di 100 t/cm³!!! A questo punto abbiamo bisogno di un microscopio potentissimo che ci spieghi cosa succede ai nuclei degli atomi! Normalmente fra neutrone/protone (cioe’ il nucleo dell’atomo) e gli elettroni c’e’ una certa distanza, in una situazione estrema come questa, la distanza va via via riducendosi sotto l’azione della gravita’ che li comprime uno contro l’altro e alla fine arriva a spaccare l’unione che c’e’ fra i vari componenti dell’atomo. Gli elettroni (con carica negativa) e i protoni (con carica positiva) ormai vicinissimi, finiscono per unirsi e formano altri neutroni. Ottenuta questa miscellanea di neutroni la pressione interna comincia di nuovo a dire la sua e a contrastare la gravita’: 1011 t/cm³ siamo a cifre inimmaginabili! Per fare un paragone con qualcosa che ci e’ famigliare potremmo dire che la densita e’ un miliardo di miliardi piu’ alta rispetto a quella dell’acciaio e sempre prendendo l’acciaio a paragone, una stella di neutroni ne e’ 100 miliardi di miliardi piu’ volte incomprimibile!!!! Un paragone su tutti: la densita’ di una stella di neutroni e’ paragonabile alla densita’ che avrebbe la materia che compone una petroliera ridotta dalle dimensioni di un granello di sabbia!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (o come lessi una volta: la Torre Eiffel compressa a tal punto da stare su un cucchiaino da caffè!!!!).

Come descritto nello schema qui sopra, il risultato finale e’ una stella composta da un nucleo centrale degenere superfluido costituito da neutroni e superconduttore di protoni, uno strato intermedio superfluido composto da neutroni e in fine uno strato solido composto da ferro con uno spessore di circa un Km.

Nebulosa del Granchio - credits:
Nebulosa del Granchio: e' un resto di supernova che ha prodotto una stella di neutroni di tipo pulsar- credits:VLT

Una stella di neutroni e’ una stella con la stessa massa di una nana bianca, ma rispetto a questa e’ MOLTO piu’ piccola: si stima intorno ai 15/20 Km di diametro!!!!! La forza di gravita’ di tutta la struttura e’ tale che per sfuggire alla superficie della stella di neutroni (ipotesi fantasiosa, ma e’ per capirci sulle forze in gioco), un razzo dovrebbe viaggiare a 100.000 km/sec, cioe’ 1/3 della velocita’ della luce; sulla Terra un razzo sfugge alla gravita’ del pianeta viaggiando a “soli” 11 Km/sec.

Nebulosa del Granchio - Foto combinata di Hubble e Chandra (in blu)
Nebulosa del Granchio - Foto combinata di Hubble e Chandra (in blu)

Ma le stelle di neutroni hanno un’altra caratteristica: ruotano a una velocita’ ancora una volta inimmaginabile per la fisica a cui siamo abituati sulla Terra………….La media della loro rotazione va da un giro ogni 30 secondi (lenta, decisamente lenta) a un giro ogni 3 secondi (molto più rapida), ma……..ci sono stelle di neutroni che si impegnano per abbattere certi record; e’ il caso della pulsar PSR B1509-58 nella costellazione del Compasso, che compie ben 7 giri al secondo!!!! Questa pulsar si trova a 17000 anni luce e si pensa abbia un’età di 1700 anni! L’estenzione dei getti espulsi dalla forte rotazione copre una siperficie pari a 150 anni luce e questi getti hanno assunto una curiosa forma di mano! (si veda foto qui sotto) Il campo magnetico generato da PSR B1509-58 ha una potenza superiore a 15.000 miliardi di volte quello della Terra!!!!!!!

La pulsar PSR B1509-58 nella costellazione del Compasso
La pulsar PSR B1509-58 nella costellazione del Compasso - foto ripresa da Chandra

La pulsar nascosta nella Nebulosa del Granchio (vedi foto piu’ sopra), ed esplosa 950 anni fa, ruota ancora piu’ rapidamente di PSR B1509-58 sopra descritta: e’ stato registrato un valore pari a 30 giri al secondo.

Ovviamente la combinazione di velocita’ e forza elettromagnetica, spinge le particelle espulse a velocita’ relativistiche, il che rende questi oggetti fra i piu’ potenti della nostra galassia….ed e’ proprio qui il segreto di queste stelle, nel loro grandissimo e potentissimo campo magnetico! Si e’ stimato che in media, le pulsar hanno un campo magnetico 100 miliardi di volte superiore a quello terrestre. L’origine di tutti i campi magnetici (da quello terrestre, a quelli piu’ potenti di altri corpi celesti come possono essere le stelle di neutroni), sono le correnti elettriche o i dipoli magnetici (convenzionalmente chiamati nord e sud). Gli elettroni, che seguono le linee di forza di questi campi, sono spinti a velocita’ tali da raggiungere quasi quelle della luce per poter porseguire nella spinta di rotazione iniziale; e’ in questo momento che rilasciano parte della loro energia (come raggio X oppure come raggio gamma) rendendosi cosi’ visibili e mostrando (come nella foto PSR B1509-58 il percorso intrapreso durante la rotazione attorno alla stella di neutroni).

Schema del campo magnetico di una stella di neutroni
Schema del campo magnetico di una stella di neutroni

Per completare l’argomento stelle di neutroni, bisogna fare la differenza fra tre tipologie di stelle di neutroni: le pulsar, (che si sposano bene con tutta la descrizione “generica” fatta sopra), le magnetar e le buster a raggi X. Le magnetar sono stelle dal campo magnetico incredibilmente potente! Si prenda l’esempio della magnetar XTE J1810-197 che ha un campo magnetico stimato intorno ai 600.000 miliardi di volte maggiore rispetto a quello terrestre! Definendo le energie dei campi magnetici in valori Tesla, la’ dove la Terra ha un valore compreso fra i 30 e i 60 microTesla, una magnetar arriva anche a 10 gigaTesla; tanto per fare un esempio comprensibile, le magnetar sono in grado di smagnetizzare una carta di credito alla distanza del Sole e sono presumibilmente letali per la vita gia’ a una distanza come quella tra la Terra e la Luna.

Magnetar SGR 05014516 - crediti ESA/INTEGRAL IBIS - SIGRI
Magnetar SGR 05014516 - crediti ESA/INTEGRAL IBIS - SIGRI

E’ comunque stato accertato che la vita di una magnetar non e’ molto duratura (su scala astronomica): infatti il campo magnetico potente si ammorbidisce nel giro di 10.000 anni.

Infine, abbiamo le buster a raggi X, che sono quelle stelle di neutroni che hanno una piccola compagna al quale sottraggono materia e quando questa materia ricade sulla stella di neutroni libera energia diventando irregolarmente visibile.

Propongo alla fine di questo articolo tre video molto interessanti recuperati dalla rete e che possono spiegare meglio le dinamiche di queste stelle. E’ molto bello e suggestivo il filmato con la registrazione degli impulsi radio emessi dalla pulsar in rotazione. Fu proprio un suono simile a questo catturato dagli strumenti a terra che diede da pensare ai ricercatori: la sua precisione fra un intervallo e l’altro, unito alla sua costanza che all’atto della sua scoperta fece sobbalzare gli scienziati, credendo fosse un segnale artificiale proveniente da un altro pianeta! Lo studio dell’oggetto pero’, porto’ nel giro di pochi mesi a dertminarne la vera natura.


(clicca qui se non riesci a vedere il video)

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(clicca qui se non riesci a vedere il video)


(clicca qui se non riesci a vedere il video)

Dal Cosmo e’ tutto……….

Francesca