Perché i magnetari dovrebbero impazzire

Paul Sutter è ricercatore presso l'Osservatorio Astronomico di Trieste e visiting scholar presso il Center for Cosmology and Astro-Particle Physics della Ohio State University. Sutter è anche l'ospite dei podcast " Ask a This Webman " e " RealThis Web " e della serie YouTube " This Web In Your Face ". Ha contribuito con questo articolo a Expert Voices di This Web.com: Op-Ed & Insights .

Sarò onesto: i Magnetar mi fanno impazzire. Ma per arrivare al "perché", devo spiegare il "cosa". Le magnetar sono un tipo speciale di stella di neutroni e le stelle di neutroni sono un tipo speciale di stella morta.

Sono abbastanza facili da realizzare se sei una star enorme. Tutte le stelle fondono l'idrogeno in elio nel profondo dei loro nuclei. L'energia rilasciata sostiene le stelle contro il peso schiacciante della loro stessa gravità e, come pratico sottoprodotto, fornisce il calore e la luce necessari per la vita su qualsiasi pianeta in orbita. Ma alla fine, quel carburante nel nucleo si esaurisce, permettendo alla gravità di vincere temporaneamente e schiacciare il nucleo della stella ancora più forte.

Con la pressione maggiore, diventa il turno dell'elio di fondersi, combinandosi in ossigeno e carbonio, finché anche l'elio non cede. È lì che il nostro sole scende dal treno di fusione, ma stelle più massicce possono continuare a sbuffare, arrampicandosi sulla tavola periodica in fasi di reazione sempre più intense e di breve durata, fino al nichel e al ferro.

Una volta che quel solido pezzo di nichel e ferro si forma nel nucleo stellare, molte cose vanno in tilt velocemente. C'è ancora un sacco di roba stellare rimasta nell'atmosfera, che preme in quel nucleo, ma un'ulteriore fusione non rilascia energia, quindi non c'è più niente per prevenire il collasso.

E crolla: i nuclei di nichel e ferro (sì, solo nuclei; non pensare nemmeno a atomi interi a queste temperature e pressioni) si rompono. Semplicemente non riescono a gestire questa fossa nucleare. Gli elettroni vaganti vengono spinti nei protoni più vicini, convertendoli in neutroni. I neutroni rimangono neutroni. E quei neutroni sono molto utili per prevenire un ulteriore collasso, per ragioni che spiegherò tra poco. Il gas che cade, cercando di schiacciare il nucleo nell'oblio, rimbalza su quel nucleo di neutroni e va kablamo ! (Nota: non so come suoni effettivamente.)

Nasce una supernova.

La palla di neutroni

Quello che succede durante l'evento della supernova è una discussione emozionante per un altro giorno. Quello di cui ci occupiamo ora sono gli avanzi: una zuppa brodosa, simile a una palla, di neutroni e alcuni protoni sbandati. Questa palla è supportata contro il suo stesso peso da una "pressione degenerativa", che è un modo elegante per dire che puoi mettere solo così tanti neutroni in una scatola o, in questo caso, una palla. Può sembrare ovvio che i neutroni, beh, occupino questa rete, ma le cose non dovevano andare in questo modo. È questa pressione di degenerazione che provoca il grande rimbalzo che mette la super nella supernova.

Dovrei notare che, se c'è ancora troppa roba rimasta in giro attorno a questa palla di neutroni avanzata, il peso può sopraffare anche la pressione della degenerazione. E ora, guarda cosa hai fatto: te ne sei andato e hai fatto un buco nero. Ma anche questa è un'altra storia. Non vorremmo essere come la nostra povera star e lasciarci sopraffare.

La palla di neutroni che ora dovrei chiamare con il suo nome proprio, una stella di neutroni, è strana. Seriamente, questa è la parola migliore che riesco a trovare per descriverlo. Le stelle di neutroni sono fondamentalmente nuclei atomici delle dimensioni di una città, il che le rende tra le cose più dense dell'universo. La pressione di gravità all'interno di queste stelle ha schiacciato anche i nuclei atomici, consentendo ai loro frammenti di fluttuare liberamente.

Sono per lo più neutroni laggiù da cui il nome, ma ci sono anche alcuni protoni sopravvissuti che galleggiano intorno. Normalmente, quei protoni si respingono a vicenda, essendo cariche che la pensano allo stesso modo e tutto il resto, ma sono costretti ad avvicinarsi mentre la Forza nucleare forte cerca di raggrupparli con i loro compagni neutroni.

L'interno della stella di neutroni è una complicata danza della fisica in condizioni estreme, che si traduce in strutture molto strane. La stranezza inizia vicino alla superficie, con macchie di poche centinaia di neutroni che sono meglio descritte come gnocchi di neutroni. Al di sotto di ciò, i blob di neutroni si incollano insieme in lunghe catene. Siamo entrati nello strato di spaghetti. Sotto di essa, a pressioni ancora più estreme, i fili di spaghetti si fondono uno accanto all'altro e formano delle sfoglie di lasagne. Sotto tutto, anche le lasagne al neutrone perdono la loro forma, diventando una massa uniforme. Ma quella massa ha delle lacune, sotto forma di lunghi tubi. Infine: deliziose penne.

Vorrei inventare questi nomi, ma i fisici devono essere persone particolarmente affamate quando inventano metafore.

Vi ho parlato della rotazione? Oh sì, le stelle di neutroni ruotano, fino a qualche centinaio di volte al secondo . Lascia che tutto questo affondi per un po': un oggetto con una gravità così forte che le "colline" sono alte appena pochi millimetri, ruotando a una velocità che potrebbe rivaleggiare con il tuo frullatore da cucina. Non giochiamo più.

Le stelle di neutroni fanno paura

Tutta questa azione, le densità folli, le strutture complicate, le velocità di rotazione ridicolmente elevate significano che le stelle di neutroni trasportano dei campi magnetici piuttosto sgradevoli. Ma i campi magnetici non richiedono particelle cariche e i neutroni non sono neutri? È vero, smartypants, ma ci sono ancora alcuni protoni in giro nella stella, e a queste densità incredibili, la fisica si complica. Quindi sì: le stelle di neutroni, nonostante il loro nome, possono trasportare campi magnetici.

Quanto forte? Prendi il normale campo magnetico di una stella e schiaccialo. Ogni volta che schiaccia, ottieni un campo più forte, proprio come ottieni densità più elevate. E stiamo schiacciando qualcosa dalle dimensioni di una stella (un milione di chilometri o miglia, scegli tu) alle dimensioni di una città (tipo, 25 chilometri solo 15 miglia). Inoltre, con tutta la fisica interessante che accade negli interni, processi complessi possono operare per amplificare il campo magnetico, quindi puoi immaginare quanto siano forti quei campi.

In realtà, non devi immaginare, perché sto per dirtelo. Cominciamo con qualcosa di familiare: il campo magnetico terrestre. È circa 1 gauss. Non è molto diverso per il sole: da poche a poche centinaia di gauss, a seconda di dove ti trovi in ​​superficie. Una risonanza magnetica? 10.000 gau. I più forti campi magnetici creati dall'uomo sono di poche centinaia di migliaia di gauss. In effetti, non possiamo creare campi magnetici più forti di un milione di gauss o giù di lì senza che le nostre macchine si rompano per lo stress.

Andiamo al sodo: una stella di neutroni trasporta un enorme campo magnetico di trilioni di gauss. Hai letto bene "trilioni", con una "t".

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Entra nella magnetar

Ora finalmente arriviamo alle magnetar. Puoi intuire dal nome che sono particolarmente magnetici: fino a 1 quadrilione di gauss. È 1.000 trilioni di volte più forte del campo magnetico in cui ti trovi adesso. Ciò pone le magnetar al primo posto, campioni in carica nella competizione universale Strongest Magnetic Field. I numeri ci sono, ma è difficile avvolgerci il cervello.

Quei campi sono abbastanza forti da devastare i loro ambienti locali. Sai come sono fatti gli atomi da un nucleo caricato positivamente circondato da elettroni carichi negativamente? Quelle cariche rispondono ai campi magnetici. Non molto in condizioni normali, ma questo non è più il Kansas, vero, Toto? Eventuali atomi sfortunati si estendono in barre sottilissime vicino a queste magnetar.

Non si ferma qui. Con gli atomi tutti incasinati, la normale chimica molecolare è semplicemente impossibile. Legami covalenti? Ah! E i campi magnetici possono generare enormi esplosioni di radiazioni ad alta intensità. Quindi, generalmente un cattivo affare.

Avvicinati troppo a uno (diciamo, entro 1.000 chilometri, o circa 600 miglia) e i campi magnetici sono abbastanza forti da sconvolgere non solo la tua bioelettricità, rendendo i tuoi impulsi nervosi esilarantemente inutili, ma la tua stessa struttura molecolare. Nel campo di una magnetar, ti dissolvi semplicemente.

Non siamo esattamente sicuri di cosa renda le magnetar così spaventosamente magnetiche. Come ho detto, la fisica delle stelle di neutroni è un po' imprecisa. Sembra, tuttavia, che le magnetar non durino a lungo, e dopo 10.000 anni (dare o prendere), si stabilizzano in un normale ritiro a lungo termine di stelle di neutroni: ancora follemente densi, ancora magnetici strani, ma non così male.

Quindi, per quanto siano spaventosi, almeno non rimarranno così a lungo.

Scopri di più ascoltando l'episodio "What heck is a magnetar?" sul podcast "Ask A This Webman", disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e sul Web all'indirizzo http://www.askaspaceman.com. Grazie a Zowie Pinkerton per la grande domanda che ha ispirato questo pezzo! Chiedi il tuo su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter .

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