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Gli scienziati ancora alle prese con l’enigma delle Stelle Pulsar

© AP Photo / NASA, JPL-CaltechA pulsar
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Astronomi statunitensi e polacchi hanno pubblicato uno studio congiunto in cui affermano di aver definitivamente svelato il mistero delle emissioni intermittenti delle stelle pulsar. Enigma che da oltre mezzo secolo è al centro delle congetture della comunità scientifica internazionale.

Alexander Filippov del Center for Computational Astrophysics presso il Flatiron Institute, Andrei Timokhin dell'Università Zelenogur in Polonia e Anatoly Spitkovsky dell'Università di Princeton, hanno simulato la distribuzione della densità del plasma elettrone-positrone vicino alla superficie di una stella di neutroni e su questo modello sostengono di aver dimostrato che lo sfarfallio visibile dagli osservatori terrestri prodotto da questi straordinari corpi celesti sarebbe dovuto nient’altro che all’interazione tra campi elettrici e magnetici che si verificano sulla loro superficie.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters ma per capire bene la materia di questa ricerca, estremamente complessa, bisogna fare un passo indietro.

Stelle di Neutroni

Le stelle di massa almeno 9 volte più grandi del nostro Sole, alla fine del loro ciclo, quando cioè finiscono tutto il materiale di combustione più leggero per le reazioni atomiche e rimangono con soli materiali pesanti non più combustibili (ferro), collassano su sé stesse per via della forte gravità dato che non c’è più l’energia nucleare a contrastare quella gravitazionale.

A quel punto si ha il fenomeno delle Supernove – all'aumento incontrollato della densità la stella massiccia esplode liberando la sua materia nello Spazio. Tra l’altro va detto che è proprio grazie a questo fenomeno che esistono gli elementi pesanti che compongono il nostro pianeta e noi stessi, dato che tutti gli elementi chimici a parte l’idrogeno e l’elio non sono altro che i prodotti che potremmo chiamare ‘di scarico’ della combustione nucleare che avviene nelle stelle e che vengono rilasciati appunto dopo la fine del loro ciclo vitale. Il resto del materiale della supernova, collassa a sua volta su sé stesso e forma le stelle di neutroni. Stelle composte appunto solamente da neutroni ed estremamente dense.

Possono avere la massa anche doppia (in alcuni casi anche tripla) del nostro Sole, ma essere concentrate in un diametro dai 10 ai 20 km. Per rendere un’idea è come se una portaerei venisse condensata all’interno di un granello di sabbia oppure come se un cm3 di volume potesse contenere la massa di un cubo di marmo di oltre 400 metri di lato.

Altra caratteristica delle stelle di neutroni è la loro estrema velocità di rotazione. Come una pattinatrice aumenta la propria velocità di rotazione unendo le braccia, così la stella di neutroni aumenta la propria velocità di rotazione ereditata dalla stella madre che aveva un diametro estremamente più ampio. In alcuni casi possono compiere anche decine di rotazioni al secondo. L’enorme campo magnetico è la terza caratteristica nota di questo tipo di stelle. Il campo gravitazionale, ovviamente, considerata l’enorme massa pur se concentrata, è a sua volta estremo. Talmente grande che la velocità di fuga di qualsiasi particella da questo corpo celeste, non può che essere una porzione significativa della velocità della luce – se sulla Terra un oggetto per poter sfuggire all’attrazione gravitazionale e potersi liberare nello Spazio deve andare almeno ad una velocità di circa 11 km/s, sulla stella di neutroni deve viaggiare in alcuni casi anche oltre i 100mila km/s, un terzo della velocità della luce.

Pulsar

Le pulsar sono stelle di neutroni che però possiedono una caratteristica in più, ed è proprio questa a renderle così misteriose – emettono raggi stretti di onde radio con frequenza regolare. Quando gli astronomi osservarono la prima pulsar nel 1967, si ipotizzò addirittura che detti impulsi di luce fossero inviati da una civiltà aliena. Ora sappiamo che gli impulsi regolari che vengono osservati sono raggi X e gamma lanciati oltre la velocità di fuga e l’intermittenza è data dal fatto che l’osservatore terrestre può vedere tali emissioni solo quando osserva il polo magnetico della stella e, data la rotazione di questa combinata con quella terrestre, si ha un effetto ‘faro’ come se la luce fosse intermittente e non continua.

Ma perché una stella 'morta' continua ad emettere energia?

Questo è il punto che scervella ancora gli scienziati. Chiaro il fenomeno della ‘pulsazione’ – l’emissione in realtà è continua come quella del faro, ma punta contro di noi solo in conseguenza della rotazione, quindi sembra intermittente a cadenze regolari. Molto meno chiaro è per quale motivo una stella ‘morta’ e ridotta ad un ammasso concentrato e rotante di poche decine di chilometri di materia che dovrebbe essere inerte, continui per milioni di anni ad emettere radiazioni capaci di attraversare intere galassie.

E’ appunto a questa domanda che gli scienziati americani e polacchi hanno cercato di dare una risposta nel loro studio. La soluzione sarebbe che forti campi elettrici strappano elettroni dalla superficie della stella di neutroni e li accelerano a energie estreme, a seguito di questo iniziano a emettere raggi gamma. I raggi gamma a loro volta vengono assorbiti dal super campo magnetico della pulsar che produce un flusso di elettroni e le loro antiparticelle: i positroni. Queste particelle cariche fanno oscillare il campo elettrico e generano un flusso di onde elettromagnetiche. I campi elettrici oscillanti in presenza di potenti campi magnetici lanciano le onde elettromagnetiche nello spazio.

"Il processo è in qualche modo simile ai fulmini. Una scarica potente appare all'improvviso dal nulla, producendo una nuvola di elettroni e positroni, e poi, come un bagliore, onde elettromagnetiche", ha dichiarato il primo autore dello studio, il professor Alexander Filippov, citato in un comunicato stampa del Center for Computational Astrophysics.

Tutto chiaro? Ma anche no. Se avevamo detto che le pulsar sono stelle di neutroni e le stelle di neutroni sono fatte appunto di neutroni, perché tutto il resto è stato consumato o lanciato nello Spazio dalla stella madre, allora da dove escono adesso gli elettroni?

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