Cosa c’è in una stella di neutroni?

stelle di neutroni

Materia al suo livello più estremo

Le stelle di neutroni sono ciò che resta delle stelle massicce quando queste implodono, perdendo i loro strati esterni nelle esplosioni di supernova. L’enorme pressione gravitazionale spinge i loro elettroni e protoni nei neutroni. Sollevare un cucchiaino di questa materia sarebbe un’impresa che nemmeno il leggendario Thor sarebbe in grado di fare, perché si tratterebbe di alzare 4 miliardi di tonnellate.

Tuttavia c’è di più nelle stelle di neutroni di quello che è insito nel loro nome: sono composte al massimo dal 95% di neutroni e forse anche meno. All’esterno contengono elettroni e ioni relativamente ordinari (gli ultimi dei quali sono costituiti da neutroni e protoni), ma a mano a mano che la pressione gravitazionale aumenta con la profondità, i neutroni fuoriescono dai nuclei, che alla fine si dissolvono completamente. La maggior parte dei protoni si fonde con gli elettroni; ne rimane solo un’infarinatura per mantenere la stabilità. Ancora più in profondità, nel nucleo, la densità raggiunge qualcosa come il doppio di quella di un nucleo atomico. Qui, la materia può trasformarsi di nuovo, rilasciando anche i quark che compongono i neutroni.

Ma cosa accade realmente nelle stelle di neutroni

L’età, la temperatura e persino le dimensioni delle stelle di neutroni non sono sempre quelle che sembrano a prima vista.

Grazie alla missione della NASA Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, gli astronomi stanno finalmente iniziando a misurare le dimensioni reali delle stelle di neutroni, per avere più informazioni sui loro strani interni.

Questi studi suggeriscono che i fisici nucleari potrebbero aver bisogno di ripensare a ciò che accade nei nuclei ultradensi delle stelle. O questo è quello che dicono alcune teorie.

La teoria che studia gli interni delle stelle di neutroni, cioè come si comportano quark e gluoni, è la cromodinamica quantistica. Ma il problema è che per prevedere il comportamento di molte particelle si possono usare soltanto approssimazioni e ipotesi.

Per capire quale idea è quella giusta, gli astronomi devono fare qualcosa di semplice: misurare la massa e il raggio di questi oggetti. Da lì possono utilizzare una fisica ben conosciuta per calcolare come la pressione cambia con la densità, una relazione nota come equazione di stato, e quindi confrontare quell’equazione con le ipotesi formulate dai fisici nucleari.

Neutroni, quark o iperoni?

Ottenere la massa di una stella di neutroni è facile, almeno se la stella di neutroni ha una compagna stellare che le gira intorno. Ma misurare le dimensioni è più complicato.

La gravità delle stelle di neutroni è così estrema che piega il percorso della luce che lascia la superficie. Come uno specchio da luna park, questa distorsione gravitazionale fa sembrare la stella di neutroni più grande di quanto non sia in realtà.

Anna Watts (Università di Amsterdam) e Cole Miller (Università del Maryland) guidano due team indipendenti che analizzano i dati NICER per vedere attraverso questo effetto di curvatura della luce e mettere un righello alle stelle di neutroni.

NICER è progettato per misurare la luminosità in rapida evoluzione delle stelle di neutroni che girano intorno ad altre. Alcuni di questi oggetti delle dimensioni di una città girano più velocemente delle lame di un frullatore da cucina, ma NICER può rilevare cambiamenti in periodi di tempo addirittura minori di 100 nanosecondi.

I team di Watts e Miller hanno analizzato due stelle di neutroni, mappando la loro posizione e la loro forma mentre girano intorno. La prima, designata J0030 + 0451, è un peso leggero di 1,4 volte la massa del Sole, con appena la massa che consente di collassare in una stella di neutroni piuttosto che in una nana bianca. La seconda, J0470 + 6620, è nella classe dei pesi massimi, con 2,1 masse solari.

Il risultato è che le stelle di neutroni sono generalmente più grandi di quanto gli scienziati pensavano che potessero essere.

Le dimensioni maggiori suggeriscono che la pressione nel nucleo è più intensa di quanto precedentemente realizzato. Qualunque cosa ci sia nel nucleo deve resistere a quella pressione, e questo sembra anche escludere nuclei di neutroni più semplici. Alcuni scenari ibridi che incorporano neutroni e quark potrebbero funzionare.

C’è anche un’altra opzione: i nuclei di stelle di neutroni potrebbero contenere qualcosa di più massiccio dei neutroni: un tipo di particella nota come iperone. Esistono diverse particelle classificate come iperoni e ognuna incorpora strani quark.

Gli iperoni hanno quindi alcune proprietà “strane” rispetto ai neutroni e ai protoni. Sebbene siano stati rilevati negli acceleratori di particelle, sono instabili e decadono rapidamente, ma nei nuclei di stelle di neutroni potrebbero essere abbastanza stabili da resistere per un po ‘.

*Fonte: Sky & Telescope

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