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| Gli impulsi provenienti da una stella di neutroni (nello sfondo) vengono rallentati durante il loro passaggio vicino ad una stella piuttosto massiccia come una nana bianca (in primo piano). Questo effetto permette di misurare molto bene la massa delle singole stelle. |
La stella di cui parleremo ha una massa di circa due volte quella del Sole. Tutti sanno che le stelle di neutroni sono il residuo superdenso di stelle massicce che sono esplose attraverso il fenomeno della supernova. Le loro dimensioni non superano quelle di una piccola città terrestre, al più una ventina di chilometri, dato che i protoni e gli elettroni della materia si sono fusi assieme dando luogo a neutroni e abolendo tutto lo spazio “vuoto” dell’atomo. Ovviamente la densità è tale che un cucchiaio di materiale della stella peserebbe non meno di 500 milioni di tonnellate. Non avendo i problemi di “visibilità” di un buco nero (lo stadio successivo) le stelle di neutroni sono un laboratorio eccezionale per studiare le caratteristiche della materia super densa e gli stati più “esotici” a cui può giungere la fisica.
Per misurare la massa della stella di neutroni del presente articolo (la pulsar PSR J1614-2230) gli scienziati hanno usato uno dei tanti effetti legati alla teoria della relatività di Einstein. Va detto che la stella di neutroni ha una nana bianca come compagna e che, essendo anche una pulsar, emette un fascio di onde radio che viene osservato a ogni sua rotazione (proprio come un faro posto su una scogliera marina). Nel nostro caso l’oggetto supermassiccio ruota 317 volte al secondo e la compagna le gira attorno in meno di nove giorni. La coppia dista circa 3000 anni luce da noi e l’inclinazione dell’orbita ha favorito le misure, in quanto essa si mostra perfettamente di taglio.
In queste condizioni, allorché la nana bianca passa davanti alla pulsar, il fascio radio inviato da quest’ultima è costretto a passare vicinissimo alla nana bianca. Questo passaggio ravvicinato causa un “ritardo” nell’arrivo delle onde radio sulla Terra, in quanto esse vengono ritardate dalla deformazione dello spazio-tempo causata dalla gravità della nana bianca. Questo effetto, chiamato Shapiro Delay, permette di misurare con grande precisione le masse di entrambe le stelle.
Si è stati veramente fortunati (ogni tanto ci vuole!) in quanto oltre alla prospettiva perfetta dell’orbita, la pulsar ha una rotazione rapida che può essere seguita per tutta l’orbita e la nana bianca è piuttosto massiccia per la sua categoria. L’effetto Shapiro è risultato molto forte e quindi facile da misurare.
Gli astronomi hanno usato un nuovo strumento digitale chiamato Green Bank Ultimate pulsar Processing Instrument (GUPPI) attaccato al National Radio Astronomy Observatory del New Mexico, che ha permesso una straordinaria precisione nella rilevazione temporale dei segnali radio.
ricercatori si aspettavano una massa di circa 1,5 masse solari, invece la pulsar è risultata ben più massiccia. Questo “surplus” di massa cambia le idee correnti sulla composizione delle stelle di neutroni. Alcuni modelli teorici ipotizzavano, infatti, la presenza di altre particelle subatomiche chiamate “iperioni” o condensati di “kaoni” all’interno di esse. I risultati di quest’articolo sembrano escludere del tutto tali ipotesi.
Hanno, però, anche altre implicazioni. Se strani “quark” fossero presenti all’interno di queste stelle, essi non potrebbero essere “liberi”, ma strettamente legati insieme come capita nei normali nuclei atomici. Ovviamente, rimangono ancora varie valide ipotesi sulla composizione interna di questi astri supermassicci, ma i nuovi risultati pongono chiari limiti a queste, così come alla massima possibile densità della materia fredda.
Le osservazioni di PSR J1614-2230 danno informazioni ancora più generali. Ad esempio, una delle spiegazioni maggiormente accettate sull’origine di un particolare tipo di esplosione di raggi gamma (GRB), quelli di breve durata, ipotizza come causa la collisione tra stelle di neutroni. Il fatto che esistano stelle massicce come la PSR J1614-2230, dà forza a questa idea.
Inoltre, queste collisioni dovrebbero produrre onde gravitazionali, una delle “scoperte” più attese dall’odierna astrofisica.
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