Ep. 08 – Stelle di neutroni, svelata la loro natura estrema

Cosa sono le stelle di neutroni e come nascono dalle supernove

Osservando l’Universo, l’astrofisica moderna ha scoperto che le stelle, proprio come gli esseri viventi, hanno un ciclo vitale: nascono, producono energia per milioni o miliardi di anni e infine muoiono trasformandosi in qualcosa di diverso. Le stelle più grandi e massicce, con una massa almeno dieci volte superiore a quella del Sole, concludono la loro esistenza con una gigantesca esplosione chiamata supernova, lasciando dietro di sé uno degli oggetti più estremi mai osservati: le stelle di neutroni.

Stelle di neutroni: svelata la loro atmosfera grazie a una scoperta INAF

L’astrofisica Tiziana Di Salvo e l’astrofisico Rosario Iaria, professori all’Università di Palermo e ricercatori associati all’INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) sono tra i principali autori di un recente studio che ha fatto luce sulla struttura e sull’atmosfera delle stelle di neutroni, aprendo nuove prospettive nello studio della materia in condizioni estreme.

Cosa sono le stelle di neutroni e perché sono così diverse dalle altre stelle

Le stelle di neutroni nascono dal collasso del nucleo di una stella molto massiccia dopo l’esplosione di una supernova. In uno spazio grande quanto una città, circa 10 chilometri di raggio, viene compressa una massa pari a una volta e mezzo o due volte quella del Sole. In queste condizioni estreme, atomi, protoni ed elettroni non possono più esistere come li conosciamo, dando origine a una materia completamente diversa da quella osservabile sulla Terra.

Per questo motivo, le stelle di neutroni rappresentano un laboratorio naturale unico per studiare la fisica della materia ad altissima densità e gravità. Teorizzate nel 1937 e scoperte osservativamente nel 1967 dall’astronoma Jocelyn Bell, restano ancora oggi tra gli oggetti più misteriosi dell’Universo.

Come osserviamo le stelle di neutroni: radio e raggi X

Le stelle di neutroni non emettono luce visibile, ma possono essere osservate in altri modi. Quando sono isolate, emettono segnali regolari nelle onde radio, apparendo come pulsar. Quando invece fanno parte di un sistema binario, strappano materia alla stella compagna, che precipita sulla loro superficie e si trasforma in radiazione X. In questi casi, l’osservazione è possibile solo grazie a telescopi spaziali sensibili ai raggi X, che permettono di studiare fenomeni energetici estremi e di analizzare la struttura più profonda di questi oggetti.

Le stelle di neutroni: record cosmici dell’Universo

Come spiegato dall’astrofisica Tiziana Di Salvo, docente all’Università di Palermo e ricercatrice associata all’INAF,  le stelle di neutroni possono essere considerate gli oggetti da record dell’Universo. Sono tra i corpi più densi mai osservati, esclusi i buchi neri, possiedono campi magnetici potentissimi, le vere e proprie calamite cosmiche, e ruotano a velocità incredibili, arrivando fino a 1000 giri al secondo. Quando osservate nelle onde radio, queste stelle si comportano come orologi cosmici di precisione assoluta, grazie alla stabilità della loro rotazione e all’emissione regolare prodotta lungo i poli magnetici.

NICER e l’osservazione diretta dell’atmosfera di una stella di neutroni

Il cuore dello studio presentato riguarda le osservazioni effettuate con NICER, uno strumento della NASA installato sulla Stazione Spaziale Internazionale, progettato appositamente per studiare le stelle di neutroni nei raggi X. Il team ha osservato una sorgente situata in un ammasso globulare nella costellazione del Sagittario, distante circa 26.000 anni luce dalla Terra.

Durante le osservazioni è comparsa improvvisamente una riga di assorbimento nello spettro X, un fenomeno raro, associato a una potentissima esplosione superficiale chiamata superburst. Questo evento ha “ripulito” l’ambiente attorno alla stella, permettendo agli scienziati di osservare direttamente la sua atmosfera.

Il ruolo del superburst e il redshift gravitazionale

Il superburst è causato dall’accumulo di materia proveniente dalla stella compagna, che, sotto l’effetto di una gravità estrema, innesca fusioni termonucleari violentissime. L’intensa emissione di energia spazza via la materia circostante e rende visibile l’atmosfera della stella di neutroni.

Analizzando la riga di assorbimento, i ricercatori hanno identificato la presenza di elementi pesanti come il ferro, estremamente ionizzati. La riga risultava però spostata verso il rosso, un effetto noto come redshift gravitazionale, dovuto alla fortissima gravità che fa perdere energia alla luce mentre si allontana dalla superficie della stella.

Una misura fondamentale per comprendere la materia ultra-densa

Misurando il redshift gravitazionale, il team è riuscito a determinare parametri chiave della stella di neutroni osservata: una massa pari a circa due volte quella del Sole compressa in un raggio di soli 9 chilometri. Un risultato di enorme importanza, perché fornisce vincoli fondamentali sullo stato della materia nucleare in condizioni impossibili da riprodurre nei laboratori terrestri.

Guardare oltre i sensi per capire l’Universo

Come ricordato in chiusura da Rosario Iaria, trovarsi vicino a una stella di neutroni significherebbe essere investiti da temperature e radiazioni letali, percepibili solo nella banda X. Ancora una volta, la ricerca dimostra che per comprendere davvero l’Universo dobbiamo andare oltre i nostri sensi, proprio come insegnò Galileo oltre 400 anni fa.

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