Star di Neutron: Definizione e fatti

Le stelle di neutroni sono oggetti stellari delle dimensioni di una città con una massa circa 1,4 volte quella del sole. Nati dalla morte esplosiva di un'altra stella più grande, questi minuscoli oggetti danno un bel colpo. Diamo un'occhiata a cosa sono, come si formano e come variano.

Una fenice stellare

Quando stelle da quattro a otto volte più massicce del Sole esplodono in una violenta supernova, i loro strati esterni possono esplodere in uno spettacolo spesso spettacolare, lasciando dietro di sé un nucleo piccolo e denso che continua a collassare. La gravità preme il materiale su se stesso così strettamente che protoni ed elettroni si combinano per formare neutroni, dando il nome di "stella di neutroni". [Foto Supernova: fantastiche immagini di esplosioni stellari]

Le stelle di neutroni racchiudono la loro massa all'interno di un diametro di 20 chilometri (12,4 miglia). Sono così densi che un solo cucchiaino da tè peserebbe un miliardo di tonnellate, supponendo che tu sia riuscito in qualche modo a catturare un campione senza essere catturato dalla forte attrazione gravitazionale del corpo. In media, la gravità su una stella di neutroni è 2 miliardi di volte più forte della gravità sulla Terra. In effetti, è abbastanza forte da piegare in modo significativo la radiazione della stella in un processo noto come lente gravitazionale, consentendo agli astronomi di vedere parte del lato posteriore della stella.

La potenza della supernova che l'ha generata conferisce alla stella una rotazione estremamente rapida, facendola girare più volte in un secondo. Le stelle di neutroni possono ruotare fino a 43.000 volte al minuto, rallentando gradualmente nel tempo.

Se una stella di neutroni fa parte di un sistema binario sopravvissuto all'esplosione mortale della sua supernova (o se ha catturato una compagna di passaggio), le cose possono diventare ancora più interessanti. Se la seconda stella è meno massiccia del Sole, estrae massa dalla sua compagna in un lobo di Roche, una nuvola di materiale simile a un pallone che orbita attorno alla stella di neutroni. Le stelle compagne fino a 10 volte la massa del sole creano trasferimenti di massa simili che sono più instabili e non durano a lungo.

Stelle più di 10 volte più massicce del sole trasferiscono materiale sotto forma di vento stellare. Il materiale scorre lungo i poli magnetici della stella di neutroni, creando pulsazioni di raggi X mentre viene riscaldata.

Entro il 2010, circa 1.800 pulsar erano state identificate attraverso il rilevamento radio, con altre 70 trovate dai raggi gamma. Alcune pulsar hanno persino pianeti in orbita e alcune possono trasformarsi in pianeti.

Tipi di stelle di neutroni

Alcune stelle di neutroni hanno getti di materiale che escono da esse quasi alla velocità della luce. Quando questi raggi si spostano oltre la Terra, lampeggiano come la lampadina di un faro. Gli scienziati le chiamavano pulsar per il loro aspetto pulsante. Le pulsar normali ruotano tra 0,1 e 60 volte al secondo, mentre le pulsar millisecondo possono produrre fino a 700 volte al secondo.

Quando le pulsar a raggi X catturano il materiale che fluisce da compagni più massicci, quel materiale interagisce con il campo magnetico per produrre fasci ad alta potenza che possono essere visti nello spettro radio, ottico, dei raggi X o dei raggi gamma. Poiché la loro principale fonte di energia proviene dal materiale del loro compagno, sono spesso chiamate "pulsar alimentate dall'accrescimento". Le "pulsar spin-powered" sono guidate dalla rotazione delle stelle, poiché gli elettroni ad alta energia interagiscono con il campo magnetico della pulsar sopra i loro poli. Le giovani stelle di neutroni prima che si raffreddino possono anche produrre impulsi di raggi X quando alcune parti sono più calde di altre.

Quando il materiale all'interno di una pulsar accelera all'interno della magnetosfera di una pulsar, la stella di neutroni produce l'emissione di raggi gamma. Il trasferimento di energia in queste pulsar di raggi gamma rallenta la rotazione della stella.

Lo sfarfallio delle pulsar è così prevedibile che i ricercatori stanno valutando di utilizzarle per la navigazione di This Webflight.

"Alcune di queste pulsar di millisecondi sono estremamente regolari, regolari come un orologio", ha detto ai membri della stampa Keith Gendreau del Goddard This Web Flight Center della NASA nel 2018.

"Usiamo queste pulsar nello stesso modo in cui utilizziamo gli orologi atomici in un sistema di navigazione GPS", ha detto Gendreau.

La stella di neutroni media vanta un potente campo magnetico. Il campo magnetico terrestre è di circa 1 gauss e quello del sole è di alcune centinaia di gauss, secondo l'astrofisico Paul Sutter. Ma una stella di neutroni ha un campo magnetico di un trilione di gauss.

Le magnetar hanno campi magnetici mille volte più forti della media delle stelle di neutroni. Il trascinamento risultante fa sì che la stella impieghi più tempo per ruotare.

"Questo mette le magnetar al primo posto, campioni in carica nella competizione universale del 'campo magnetico più forte'", ha detto Sutter. "I numeri ci sono, ma è difficile avvolgerci il cervello".

Questi campi devastano i loro ambienti locali, con atomi che si estendono in barre sottilissime vicino alle magnetar. Le stelle dense possono anche guidare esplosioni di radiazioni ad alta intensità.

"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", ha detto Sutter. "Nel campo di una magnetar, ti dissolvi semplicemente."

Con la densità più alta di qualsiasi oggetto noto di questo Web, le stelle di neutroni possono irradiare radiazioni attraverso la galassia. (Credito immagine: di Karl Tate, artista infografica)

Stelle che si infrangono

Come le stelle normali, due stelle di neutroni possono orbitare l'una intorno all'altra. Se sono abbastanza vicini, possono persino precipitare verso il loro destino in un intenso fenomeno noto come " kilonova ".

La collisione di due stelle di neutroni ha fatto sentire le onde in tutto il mondo nel 2017, quando i ricercatori hanno rilevato le onde gravitazionali e la luce provenienti dallo stesso disastro cosmico. La ricerca ha anche fornito la prima prova solida che le collisioni tra stelle di neutroni sono la fonte di gran parte dell'oro, del platino e di altri elementi pesanti dell'universo.

"L'origine degli elementi chimici davvero più pesanti dell'universo ha sconcertato la comunità scientifica per molto tempo", ha affermato in una nota Hans-Thomas Janka, uno scienziato senior dell'MPA. "Ora, abbiamo la prima prova osservativa per le fusioni di stelle di neutroni come sorgenti; infatti, potrebbero benissimo essere la principale fonte degli elementi del processo r", che sono elementi più pesanti del ferro, come l'oro e il platino.

La potente collisione ha rilasciato enormi quantità di luce e ha creato onde gravitazionali che si sono increspate nell'universo. Ma cosa sia successo ai due oggetti dopo la loro distruzione rimane un mistero.

"In realtà non sappiamo cosa sia successo agli oggetti alla fine", ha detto David Shoemaker, ricercatore senior del MIT e portavoce della LIGO Scientific Collaboration, in una conferenza stampa del 2017. "Non sappiamo se sia un buco nero, una stella di neutroni o qualcos'altro".

Si pensa che le osservazioni siano le prime di molte a venire.

"Ci aspettiamo che presto verranno osservate più fusioni di stelle di neutroni e che i dati osservativi di questi eventi riveleranno di più sulla struttura interna della materia", ha affermato l'autore principale dello studio Andreas Bauswein, dell'Heidelberg Institute for Theoretical Studies in Germania, in una dichiarazione .

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