Vorrei sapere cosa sono le stelle di neutroni e come si formano.

Le stelle
di neutroni sono nuclei collassati di stelle molto massicce. Sotto molti
punti di vista esse sono oggetti estremi. Innanzitutto hanno una densita’
stupefacente: per averne un’idea si pensi alla massa del Sole impacchettata
in una regione non piu’ grande di una citta’ come Parigi. Un centimetro
cubo di una stella di neutroni portato sulla Terra peserebbe cento milioni
di tonnellate! Ad un livello cosi’ elevato di pressione la materia non
puo’ sussistere nella forma ordinaria di atomi, composti da un nucleo
di protoni e neutroni con uno sciame di elettroni intorno, ma si presenta
prevalentemente sotto forma di neutroni liberi. Un’altra notevole caratteristica
di questi oggetti e’ il campo magnetico, tra i piu’ intensi conosciuti
in natura. Il campo magnetico della piu’ debole stella di neutroni e’
comunque cento milioni di volte piu’ intenso del campo magnetico terrestre,
il quale a sua volta e’ centinaia di volte piu’ intenso di qualsiasi campo
magnetico stazionario generabile in laboratorio.

Le stelle
di neutroni si formano quando una stella esplode come supernova. Si ritiene
che diventino stelle di neutroni quelle con massa iniziale da 10 a 20
volte la massa del Sole. Questi parametri sono approssimativi: man mano
che la ricerca astronomica progredisce si conoscono meglio le fasi evolutive
delle supernovae. Ad esempio qualche anno fa si riteneva che il limite
fosse piu’ basso, ma le osservazioni del telescopio spaziale Hubble hanno
fatto innalzare questo valore. Stelle con massa superiore alle 20 masse
solari si pensa che invece diventino buchi neri.

Le stelle
sono immense fornaci termonucleari, che a partire dall’elemento piu’semplice,
l’idrogeno, costruiscono via via tutti gli altri elementi chimici piu’
pesanti. Questo processo libera energia e dunque mantiene in vita la stella.
Quando pero’ si produce il Ferro (numero atomico 26) il processo si arresta,
perche’ da quel punto in poi per assemblare gli elementi chimici occorre
fornire energia. Dunque il nucleo di ferro semplicemente si accumula fino
al valore critico di 1,4 masse solari (limite di Chandrasekhar) a questo
punto la pressione del gas degenerato di elettroni, che prima riusciva
a sostenere il peso della stella, non riesce piu’ a sopportare l’immensa
pressione degli strati soprastanti: il nucleo dunque collassa. Usando
una immagine un poco ingenua ma efficace, si pensi ad un silos, da riempire
di uova per strati successivi. Le uova nella nostra analogia rappresentano
gli atomi, composti dal nucleo e dagli elettroni orbitanti (il guscio).
Continuando ad aggiungere strati, si arrivera’ ad un certo limite oltre
il quale le uova sul fondo inizieranno a schiacciarsi. Questo e’ in prima
approssimazione cio’che succede quando si supera il limite di Chandrasekhar:
gli atomi non possono resistere e gli elettroni si combinano con i protoni
del nucleo producendo neutroni e neutrini. Sembra uno scioglilingua, ma
avviene proprio cosi’.

Secondo
le teorie astrofisiche, pare certo che il nucleo, compresso dall’effetto
della gravità, finisca per fondere gli elettroni liberi con i nuclei atomici,
formando una sfera di neutroni della densità pari a quella dei nuclei
stessi. Il materiale in caduta su di essa “rimbalzerebbe” su questa struttura
rigida, dando luogo ad un’onda d’urto che si propaga verso l’esterno.
Ad alimentare quest’onda d’urto pare debbano avere un ruolo determinante
anche i neutrini prodotti in modo copioso nella fusione tra protoni ed
elettroni del nucleo stellare, i quali, interagendo poco con la materia
stellare, sarebbero in grado di trasferire energia verso l’esterno in
modo efficiente. Quello che avviene dunque è la totale esplosione della
stella, fatta eccezione per il nucleo, il quale rimane sotto forma di
stella di neutroni o di buco nero, a seconda della massa.

Dopo il
“trauma” della sua nascita, la stella di neutroni si presenta come una
sfera del diametro di circa 10 chilometri, con una massa di circa 1,4
masse solari. Lo strato esterno e’ ancora costituito da atomi “integri”
di Ferro, scendendo in profondita’ si incontrano atomi sempre piu’ricchi
di neutroni (fino al doppio dei protoni), e scendendo ancora si ha ha
la liberazione dei neutroni che si muovono come in un fluido. Cosa succeda
oltre e’ ancora allo studio da parte dei fisici delle particelle.

 

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