Vorrei sapere se le pulsar o stelle di neutroni emettono ancora neutrini?

Le stelle di neutroni (Neutron Stars, NS) sono oggetti eccezionalmente densi e rappresentano la conclusione dell’evoluzione di stelle con massa iniziale tra circa 8 e 25 volte quella del nostro sole. Le stelle producono energia per mezzo di reazioni termonucleari trasformando l’idrogeno e l’elio iniziali in elementi via via sempre più pesanti. Le reazioni termonucleari che coinvolgono elementi più pesanti avvengono a temperature maggiori e la temperatura cresce verso l’interno, pertanto la stella viene ad assumere una struttura a strati simile a quella di una cipolla, avendo il ferro al centro e l’idrogeno in superficie.

Alla fine della vita delle stelle massicce, quando le reazioni termonucleari non sono più in grado di fornire l’energia necessaria per mantenere la stella in equilibrio, le regioni più interne della stella iniziano a contrarsi rapidamente e la parte centrale del nucleo collassa in un tempo molto rapido provocando una liberazione di un’ingentissima quantità di energia principalmente sotto forma di neutrini emessi in pochi secondi. Il fenomeno esplosivo è chiamato supernova di tipo II e Ib/Ic.

Una gran quantità di materia viene dispersa nello spazio a velocità di circa 15 mila km/s e si formano degli shock e degli anelli in espansione ben visibili. Nel nucleo centrale resta parte della materia: se la massa del nucleo non supera 3 volte la massa del Sole, la contrazione gravitazionale può essere fermata dalla pressione dei neutroni e si forma un oggetto molto denso chiamato appunto “stella di neutroni” (già intuita nel 1934 da Baade e Zwicky, due anni dopo la scoperta del neutrone, e prevista rigorosamente dal punto di vista matematico da Oppenheimer e Volkoff nel 1939).

Le stelle di neutroni furono osservate per la prima volta da Bell e Hewish nel 1969 come sorgenti di onde radio pulsanti periodiche: furono chiamate pulsar. Le pulsar, cioe’ sorgenti di intense radiazioni elettromagnatiche nella banda radio (a volte anche ottica e X) e con emissione per impulsi che si ripetono regolarmente, sono pertanto stelle di neutroni con un forte campo magnetico inclinato rispetto all’asse di rotazione. Il fascio di radiazione elettromagnetica viene emesso lungo l’asse magnetico generando l’effetto faro, e illuminando l’osservatore due volte per ogni giro.

L’intensa emissione di neutrini prodotti durante l’esplosione di supernova potrebbe anche fornire la causa della forte spinta (o calcio) che le pulsar ricevono (hanno in genere un grande moto proprio e vengono spinte fuori dalla galassia). La contrazione e l’esplosione di supernova che da vita alla stella di neutroni, non è la sola fase di produzione di neutrini.

La stella degenere appena formatasi non finisce qui di emettere neutrini nello spazio, infatti le pulsar giovani possono accelerare particelle ed i nuclei pesanti prodotti durante la sua vita come stella usuale ad energie estremamente elevate (quelle dei raggi cosmici più energetici osservati) nella zona in cui risiede il cosidetto vento di pulsar. I nuclei accelerati si muovono nel vento di pulsar quasi all’unisono quindi perdono solo una minima energia per radiazione di sincrotrone dovuta al campo magnetico. Questi nuclei (raggi cosmici) altamente energetici interagiscono con l’intenso campo termico che riempie lo spazio tra la pulsar stessa e l’inviluppo esplosivo in espansione e sono soggetti a fotodisintegrazione.

I protoni e neutroni formatisi dalla disintegrazione dei nuclei perdono la loro energia producendo pioni ed i pioni decadono producendo neutrini. Flussi di neutrini possono quindi generarsi dal decadimento di pioni carichi e neutri in una pulsar circondata dal materiale di resto di supernova tramite l’interazione dei nuclei energetici (raggi cosmici) nella nebulosa. Inoltre nel caso non infrequente di sistemi doppi compatti (giovane pulsar + stella compagna massiccia), il campo termico di fotoni utile alla fotodissociazione dei nuclei puo’ essere fornito dalla stella massiccia compagna. Neutrini possono prodursi anche in seguito alla fase di giovane pulsar, attraverso la collisione dei nuclei con l’inviluppo di materia in espansione.

Altri studi teorici inoltre prevedono l’emissione di neutrini constante, diciamo quindi quiesciente, direttamente della stella di neutroni (sia dal suo nucleo che dalla crosta) con processi fisici come l’annichilazione elettrone-positrone, i decadimenti nel plasma, la radiazione di frenamento di elettroni con nuclei e di nuclei con nuclei. In genere comunque in queste teorie sulle stelle di neutroni entrano poi in gioco anche aspetti piu’ complessi di meccanica quantistica, di fisica dei superfluidi e di fisica subnucleare dei quarks e della materia degenere.

I neutrini che si formano direttamente nella stella di neutroni e le loro reazioni rivestono ovviamente un ruolo importante per il raffreddamento, perdita di energia, della stella stessa. Infine in generale il flusso di neutrini prodotti da vento di pulsar o dalla stella di neutroni stessa, è ovviamente piu difficile da indentificare in mezzo al fondo di neutrini provenienti dalla nostra atmosfera e dal Sole. Le esplosioni di supernovae rimangono il fenomeno più spettacolare del cosmo visto secondo gli occhi di un rivelatore/telescopio per neutrini.

Vedi anche questo link per conoscere le reazioni nucleari che si producono all’interno del Sole.