Stelle di neutroni e pulsar

Che cos'è una stella di neutroni?

Quando una stella con più di circa otto volte la massa del Sole esaurisce il combustibile, il suo nucleo collassa in una supernova. Se il nucleo rimasto ha una massa tra circa 1,4 e 2 masse solari, diventa una stella di neutroni.

Durante il collasso, la gravità schiaccia gli elettroni contro i protoni, trasformandoli in neutroni, particelle prive di carica elettrica. Il risultato è in sostanza un gigantesco nucleo atomico tenuto insieme dalla gravità invece che dalle forze nucleari.

Se il nucleo è ancora più pesante, nulla può fermare il collasso e diventa un buco nero. Le stelle di neutroni sono l'ultima tappa prima di quel punto.

Piccole, pesanti ed estreme

Una stella di neutroni tipica misura solo circa 20 km di diametro, più o meno le dimensioni di una città, eppure contiene più massa dell'intero Sole. Una zolletta di zucchero del suo materiale peserebbe all'incirca quanto tutti gli esseri umani della Terra messi insieme, e un cucchiaino forse un miliardo di tonnellate.

La gravità in superficie è così forte che un oggetto lasciato cadere da circa un metro toccherebbe il suolo a milioni di chilometri all'ora. La superficie potrebbe essere estremamente liscia, con montagne alte meno di un paio di centimetri.

Poiché un nucleo che collassa conserva la sua rotazione mentre si contrae, come una pattinatrice che stringe le braccia, le stelle di neutroni appena nate ruotano molto velocemente. Anche i loro campi magnetici vengono compressi fino a migliaia di miliardi di volte quello terrestre.

Pulsar: fari cosmici

Nel 1967 Jocelyn Bell Burnell, allora dottoranda a Cambridge, notò nei dati del suo radiotelescopio uno strano disturbo regolare: impulsi che arrivavano ogni 1,34 secondi. Il segnale era così costante che il gruppo lo chiamò per scherzo LGM-1, da little green men, gli omini verdi.

Presto comparvero altre sorgenti, e gli astronomi capirono che si trattava di stelle di neutroni in rotazione. Fasci di onde radio escono vicino ai poli magnetici, e quando i poli sono inclinati rispetto all'asse di rotazione, i fasci spazzano lo spazio. Se uno attraversa la Terra, vediamo un impulso a ogni giro.

Alcune pulsar ruotano poche volte al secondo; le pulsar al millisecondo, accelerate sottraendo gas a una compagna, compiono centinaia di giri al secondo. I loro battiti sono così regolari da rivaleggiare con gli orologi atomici, e gli astronomi ne usano gruppi per cercare lente increspature nello spaziotempo.

Magnetar

Una magnetar è una stella di neutroni con un campo magnetico circa mille volte più intenso di quello di una stella di neutroni ordinaria, il più forte conosciuto in assoluto. Un campo simile potrebbe smagnetizzare una carta di credito da circa metà strada verso la Luna e deformare gli atomi vicino alla stella.

Le tensioni nella crosta possono spezzarsi e liberare improvvisi lampi di raggi X e raggi gamma. Nel dicembre 2004 un brillamento gigante di una magnetar chiamata SGR 1806−20, a circa 50.000 anni luce, fu abbastanza potente da influire in modo misurabile sull'alta atmosfera terrestre.

Le magnetar sono collegate anche ad alcuni lampi radio veloci, brevi e luminosissimi bagliori radio. Nel 2020 uno di essi è stato ricondotto a una magnetar all'interno della nostra galassia.

GW170817: quando due stelle di neutroni si sono scontrate

Il 17 agosto 2017 i rivelatori LIGO e Virgo registrarono onde gravitazionali, minuscole increspature dello spazio stesso, prodotte da due stelle di neutroni che spiraleggiavano l'una verso l'altra a circa 130 milioni di anni luce. Circa 1,7 secondi dopo, il satellite Fermi della NASA captò un breve lampo di raggi gamma dalla stessa zona di cielo.

Nel giro di poche ore i telescopi trovarono un nuovo punto luminoso nella galassia NGC 4993. Era una kilonova, un bagliore alimentato dal materiale radioattivo scagliato fuori nello scontro, e fu osservata in tutta la gamma della luce, dai raggi gamma alle onde radio.

Gli spettri mostrarono che queste fusioni producono elementi pesanti, probabilmente compresi oro e platino. Era la prima volta che un singolo evento cosmico veniva studiato sia con le onde gravitazionali sia con la luce, un campo oggi chiamato astronomia multimessaggera.

Posso vedere una stella di neutroni?

Le stelle di neutroni sono troppo piccole e deboli per essere viste come oggetti singoli a occhio nudo o con un telescopio amatoriale. Puoi però osservare le loro dimore.

La Nebulosa del Granchio (M1) nel Toro contiene una pulsar che ruota circa 30 volte al secondo; in un piccolo telescopio vedi la nube luminosa, non la pulsar. I grandi telescopi professionali possono registrarne i lampi.

Molti club di radioastronomia e programmi divulgativi universitari permettono al pubblico di ascoltare i segnali delle pulsar convertiti in suono, un modo memorabile per sentire il ticchettio di una stella morta.