Spaghetti cosmici e stelle di neutroni

Chi l’ha detto che nello spazio non si mangia bene? Sfatiamo subito questo mito, e per farlo vi mostro subito la foto della Nebulosa Spaghetti, solo per bongustai:

Già, magari non sembrano proprio spaghetti, ma che vi devo dire, l’hanno chiamata così.
Guardando un pochino più l’aspetto scientifico, questa nebulosa rappresenta dei resti di supernova. Ovvero, stiamo osservando quello che rimane dell’esplosione di una stella abbastanza massiccia.

Vista così, sembrerebbe che l’esplosione della supernova abbia causato soltanto un pazzesco groviglio di spaghetti cosmici, che poi altro non sono che diversi strati di gas che si sono propagati per un po’ nello spazio interstellare fino a mescolarsi poi dopo un certo tempo. Il colore rosso di questa immagine è dovuto all’emissione dell’idrogeno: ne abbiamo già parlato su Quantizzando e quindi rimando la vostra curiosità a quel post, basta cliccare qui.

Quello che vorrei raccontarvi oggi e ciò che, solitamente, nelle immagini dei resti di supernovae si vede poco: cioè, quello che davvero rimane di una stella che esplode. Sì, chiaramente gli strati più esterni della stella che scoppia se ne vanno via lontano a dare fastidio al gas interstellare; eppure c’è qualcosa che rimane, lì, al centro di quel groviglio di spaghetti cosmici qualcosa rimane. Cos’è?

In questo caso, cioè nel caso della Nebulosa Spaghetti, ciò che rimane è una stella di neutroni che ruota ad alta velocità. Una cosa che gli astrofisici chiamano pulsar.

Una stella di neutroni è ciò che resta del nucleo della stella esplosa. Sapete come va, no? All’inizio il nucleo è pieno di idrogeno. Poi l’idrogeno brucia e diventa elio. Poi però anche l’elio brucia e diventa carbonio, e così via sino al ferro. A quel punto la temperatura nel nucleo della stella è enorme, roba del tipo miliardi di gradi (moooolto caldo!) e soprattutto, ad un certo punto la pressione degli strati esterni è così grande che il nucleo non ce la fa più e la stella collassa. Boom.

Il collasso genera un’onda d’urto che fa propagare via tutti gli strati più esterni e inoltre si formano fotoni così altamente energetici che praticamente disintegrano gli atomi di ferro, formando nuclei di elio (di nuovo? Ma dai, tanta fatica per nulla…) e neutroni. Poi altri neutroni si formano anche tramite interazione di protoni ed elettroni (decadimento beta inverso), insomma un casino totale.

Le condizioni di densità a quel punto sono così elevate che i neutroni fanno squadra e si compattano, come se stessero vincendo 1-0 al Camp Nou contro il Barcelona a 5 minuti dalla fine della partita. Scherzi a parte, queste particolari condizioni fanno sì che il nucleo si mantenga grazie proprio a questa pressione dei neutroni, chiamata pressione degenere (cioè non capita tutti i giorni). Anche perché, in condizioni normali, il neutrone decade subito, tipi una decina di minuti. Ma non quando avviene una supernova: è tutta un’altra storia in quelle condizioni.

Comunque, quando la situazione si stabilizza, ecco che abbiamo una stella di neutroni. Si tratta di una stellina di circa 15 km di diametro (pochissimo!) e magari se c’è pure un fortissimo campo magnetico, abbiamo che la radiazione emessa da questa stella di neutroni è pure pulsante. E quindi abbiamo una pulsar.

Alcune domande prima di chiudere.

1) Perché il campo magnetico delle stelle di neutroni è così forte? 
Tutte le stelle hanno un campo magnetico di una certa entità. Quando avviene il collasso, il flusso magnetico diventa molto più intenso, perchè passiamo da un diametro di milioni di km ad uno di una decina di km. Questo discorso del flusso magnetico è facile da capire pensando alle linee del campo magnetico. Guardate l’immagine qui sotto:

Fonte: phys.org

Le linee bianche rappresentano graficamente il campo magnetico della stella.  Il flusso magnetico possiamo pensarlo come al numero di linee presenti in un certo volume. Ora, immaginate che la stella collassi diventando piccolissima; ovviamente anche le linee del campo si avvicineranno tra loro e la densità di tali linee in un volume aumenterà enormemente. Quindi, questo dovrebbe aiutare a capire perché, pur partendo da un campo magnetico non forte di una stella normale, il collasso di una supernova porta ad un campo magnetico fortissimo per ciò che ne rimane, cioè una stella di neutroni.

2) Se in una stella di neutroni non avvengono reazioni nucleari, da dove viene fuori la radiazione che osserviamo?

Dagli elettroni che si muovono nel campo magnetico della pulsar. Infatti, la radiazione elettromagnetica viene prodotta quando particelle cariche si muovono in un campo magnetico.
Il fatto poi che, per le pulsar, la radiazione sia pulsante è dovuto alla rotazione della stella di neutroni e all’emissione di radiazione solo in due coni molto ben orientati, come mostrato nella prossima figura: 
Fonte: http://www.cv.nrao.edu

Infine, una nota storica. La prima pulsar fu scoperta nel 1967 da un’astrofisica, Jocelyn Bell. All’inizio, la comunità scientifica proprio non sapeva spiegarsi la radiazione osservata e si pensò addirittura agli alieni, anzi ai Little Green Men (piccoli omini verdi!). Comunque, alla fine tutti si convinsero che si tratta di una stella di neutroni, insomma di un qualche resto di supernova.
Del resto, questa non era un’idea così campata in aria anche prima del 1967. Infatti già nel 1934 due astrofisici, Baade e Zwicky (“Proprio lui!” direbbe Piccinini) avevano proposto l’esistenza delle stelle di neutroni.

A proposito di spaghetti, non posso non condividere una famosissima canzone di un mio corregionale, il mitico e unico Fred Bongusto:

E allora è proprio il caso di dirlo: viva la Scienza e viva gli spaghetti!


Per chi volesse approfondire coraggiosamente, suggerisco di dare un’occhiata a questo sito pieno di conti: http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Pulsars.html
 

 

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