Una stella bizzarra è o la stella di neutroni più leggera mai trovata, o qualcosa di ancora più strano

Quando alcune grandi stelle consumano tutto il loro combustibile nucleare e muoiono, collassano ed esplodono, creando una supernova. Questi eventi di fine vita sono tra i più energici dell’universo e inviano elementi pesanti come il ferro e l’oro che sbandano nei confini dello spazio. Se una stella è più massiccia del nostro sole, ma non troppo pesante per diventare un buco nero, gli atomi all’interno della stella possono collassare su se stessi, creando una palla pesante e rotante nello spazio larga poche miglia ma molte volte più massiccia della nostra sole, e fatta interamente di neutroni nati da elettroni e protoni che sono stati schiacciati insieme.

Il nucleo rimanente è chiamato stella di neutroni ed è così denso che un cucchiaio di questo materiale stellare peserebbe circa 1 miliardo di tonnellate. La fisica inizia a diventare bizzarra a queste grandezze: alcune stelle di neutroni ruotano così velocemente da ruotare di oltre 700 volte al secondo, il che significa che un singolo punto sulla sua superficie si muove nello spazio a circa un quinto della velocità della luce. Le stelle di neutroni sfidano anche le leggi tipiche della fisica delle particelle: un neutrone autonomo potrebbe decadere entro un’ora, ma quando sono legati in una palla densa delle dimensioni di un piccolo asteroide, non hanno più un’emivita per quanto ne sappiamo .

Tutta questa densa materia esotica può generare parte dell’energia elettromagnetica più intensa di qualsiasi oggetto conosciuto dall’umanità. In alcuni casi, il magnetismo può essere da 100 milioni di volte a 1 quadrilione di volte più forte del campo magnetico terrestre. Dal nostro punto di vista terrestre, questa rotazione sembra lampeggiare. Chiamiamo queste pulsar, che sono molto utili per fare previsioni in astronomia.

Ma anche tra le stelle più bizzarre dell’universo, le cose possono diventare più strane. Un tipo di stella di neutroni chiamata Central Compact Object (CCO) può sembrare una specie di accessorio per cellulare, ma è bizzarro anche per gli standard di questo oggetto interstellare.

La stella di neutroni più piccola e leggera mai registrata sembra essere la HESS J1731-347 dal nome obliquo, scoperta intorno al 2007. È una CCO circondata da nubi di polvere e situata a circa 8.000 anni luce dalla Terra. Una nuova analisi di HESS J1731-347 da parte degli astronomi dell’Institut für Astronomie und Astrophysik di Tubinga, in Germania, ha rivelato una fisica ancora più strana su questa stella di neutroni.

Questa analisi potrebbe riscrivere la nostra comprensione dell’origine e della fisica delle stelle di neutroni, sostengono gli autori.

Usando i raggi X e le misurazioni delle onde gravitazionali, gli astronomi hanno determinato che HESS J1731-347 è “la stella di neutroni più leggera conosciuta o una” strana stella “con un’equazione di stato più esotica”, riportano sulla rivista Nature Astronomy. In queste condizioni, la pressione sugli atomi sarebbe così grande da dissolvere i neutroni degli atomi in parti costituenti ancora più basilari e consentire la formazione di strani quark, che sono una bizzarra razza di quark raramente vista nel nostro universo. (Tra un attimo parleremo di strani quark.) Un tale oggetto è stato soprannominato, appropriatamente, una “strana stella”.

“La nostra stima di massa rende la CCO in HESS J1731-347 la stella di neutroni più leggera conosciuta fino ad oggi e potenzialmente un oggetto più esotico, cioè una ‘strana stella’ candidata”, scrivono Victor Doroshenko, l’autore principale dello studio e i suoi colleghi . “Una stella di neutroni così leggera, indipendentemente dalla presunta composizione interna, sembra essere un oggetto molto intrigante dal punto di vista astrofisico”.

In effetti, questa analisi potrebbe riscrivere la nostra comprensione dell’origine e della fisica delle stelle di neutroni, sostengono gli autori, scrivendo che “potrebbe essere necessario rivisitare i modelli che descrivono la perdita di massa della stella di protoneutroni dopo il collasso del nucleo della supernova”.

In effetti, sembra che stiamo ancora imparando molto su come si formano le stelle di neutroni. Se le misurazioni di HESS J1731-347 sono corrette, potrebbe fomentare le condizioni per strani quark.

Strani quark sono davvero all’altezza del loro nome. I quark sono componenti fondamentali della materia, particelle così minuscole da non poter essere scomposte più piccole. Gli atomi sono fatti di protoni, neutroni ed elettroni, ma ciascuno di questi componenti è a sua volta costituito da quark, in particolare quark up e down, che si raggruppano in triadi per formare la materia normale come la conosciamo. (I protoni sono costituiti da due quark up e uno down, mentre i neutroni sono costituiti da due quark down e uno up.)

Tutto ciò che hai mai toccato è fatto di elementi che sono fatti di atomi che sono fatti interamente di quark up e quark down, insieme a elettroni e particelle portatrici di forza che li tengono insieme. Gli altri quattro tipi di quark – strano, charm, top e bottom – sono raramente osservati e creati a malapena, tranne che negli acceleratori di particelle e negli eventi energetici casuali nell’universo. Tipicamente, la materia formata da questi quark esotici ha vita molto, molto breve e decade rapidamente in parti più familiari dell’universo.


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A differenza degli atomi, che possono tollerare la solitudine, ai loro quark costituenti non piace stare da soli, quindi i fisici raramente li trovano da soli. Ecco perché gli scienziati costruiscono acceleratori di particelle giganti come il Large Hadron Collider, per far esplodere protoni l’uno contro l’altro e guardare mentre i quark si allontanano.

I quark strani sono così soprannominati perché hanno un’emivita più lunga del previsto, ma non sono ancora molto stabili, specialmente se confrontati con gli elettroni. Se strani quark esistono in grandi quantità nell’universo, probabilmente è “vero solo a pressioni stupidamente alte”, come dice il Pasayten Institute, un centro di educazione fisica. “Ad esempio, è possibile che esistano all’interno delle stelle di neutroni”.

Ora sembra che abbiamo prove ancora più forti che ciò sia possibile.

In precedenza non si presumeva che le stelle di neutroni potessero essere piccole come HESS J1731-347, quindi anche se la teoria delle stelle strane non funziona, questa è comunque una strana stella di neutroni in ogni caso. Richiederà agli astrofisici di ripensare ad alcune delle loro teorie dominanti su come e perché si formano le stelle di neutroni. In altre parole, che si tratti o meno di un di fatto “strana stella” fatta di strani quark, questa stella è estremamente strana, nel senso colloquiale e non quark della parola.

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