.
livello medio
.
ARGOMENTO: ASTRONOMIA E ASTROFISICA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: STELLE DI NEUTRONI
parole chiave: Pulsar, NGC 7793 P13
.
“Non è nelle stelle che è conservato il nostro destino, ma in noi stessi”, Giulio Cesare di William Shakespeare
I misteri dell’Universo affascinano l’Uomo sin dalla prima volta che puntò gli occhi verso il cielo, in una notte stellata. Le stelle ed i pianeti venivano guardati come segni degli dèi, e le costellazioni come animali o figure dell’immaginazione e sembravano voler indicare il nostro destino. Se la magia di un cielo stellato continua ad affascinarci, la scienza ci permette oggi di guardare molto lontano, alle origini del nostro universo e scoprire oggetti celesti straordinari come le pulsar, stelle a neutroni che nascondono ancora molti misteri … Buona lettura
Andrea Mucedola
La magia delle pulsar
Grazie alla tecnologia l’Uomo si è spinto sempre più lontano studiando fenomeni lontani e spesso incomprensibili. Nel cuore della galassia NGC 7793, a circa dieci milioni di anni luce dalla Terra, una stella di neutroni sta offrendo ai ricercatori una finestra privilegiata su uno dei processi più misteriosi dell’universo: l’accrescimento supercritico.
Rappresentazione di una stella a neutroni – credit NASA SGR 1806-20 108536main NeutronStar-Print1.jpg – Wikimedia Commons
Facciamo un passo indietro partendo dalle stelle di neutroni, corpi celesti di relativamente piccole dimensioni – di ordine non superiore ad una trentina di chilometri – con una massa generalmente compresa tra le 1,4 e le 2,01 masse solari. Queste stelle hanno una densità estremamente elevata1 la cui componente predominante è costituita da neutroni ( da cui il nome) mantenuti insieme dalla forza di gravità.
Gli astronomi ritengono che una stella di neutroni sia il risultato del collasso gravitazionale del nucleo di una stella massiccia2 nello stato finale del suo esaurimento naturale. Praticamente quando una stella arriva all’ultimo stadio della sua vita, riduce le sue dimensioni aumentando notevolmente la sua massa. Questo comporta un aumento progressivo del suo campo gravitazionale che può arrivare a valori cento miliardi di volte più intensi di quello della Terra. La genesi di un tale campo provoca l’attrazione delle polveri e dei gas che la stella incontra nel suo viaggio cosmico.
rappresentazione di una stella di neutroni – credit NASA – Neutron star cross section-it.svg – Wikimedia Commons
Essendo l’argomento un pò complesso, immaginiamoci che le particelle che compongono la stella originaria, a causa della contrazione che la trasformerà in una stella di neutroni, si avvicinino sempre più; esse si posizioneranno in stati energetici differenti con una conseguente riduzione del volume che le costringerà ad occupare anche gli stati quantici ad alta energia. In pratica si genererà una nuova stella, più densa e con una fortissima forza di gravità.
Quando gas e polveri interstellari vengono attratte da una stella a neutroni si genera un fenomeno chiamato accrescimento supercritico. In particolare, in corrispondenza dei poli magnetici si viene a formare una struttura a colonna (chiamata colonna di accrescimento) da cui si ritiene vengano emessi fasci di raggi X molto intensi. Per cercare di capire cosa succede chiudiamo gli occhi ed immaginiamo di essere nello spazio interstellare dove coesistono gas e polveri oltre ai diversi corpi celesti. Quando gas e polveri vengono attratti dalla gravità di un corpo celeste come una stella a neutroni, essi si distribuiscono lungo una colonna collocata ai poli magnetici della stella, la colonna di accrescimento. Un processo ancora misterioso che può provocare anche emissioni elettromagnetiche violente (burst).
Una stella lontana che può raccontarci molto
La notizia di oggi è che una stella di neutroni, NGC 7793 P13 (vedi immagine in alto – credito NASA), mostra un livello di emissioni migliaia di volte superiore al limite di Eddington, ovvero al livello massimo della pressione di radiazione, la forza che si oppone alla forza di attrazione gravitazionale di una stella, di fatto impedendone il collasso. La stella NGC 7793 P13 presenta un accrescimento supercritico e le osservazioni hanno rivelato l’esistenza di una colonna di accrescimento in corrispondenza dei suoi poli magnetici dalla quale vengono emessi intensi raggi X che si accompagnano in sincronia con la rotazione della stella. Valutando le misurazioni precedenti P13 ruota con un periodo di 0,4 secondi mostrando un’accelerazione costante. La cosa straordinaria è che la sua luminosità, in un decennio di osservazioni, è cambiata di oltre due ordini di grandezza.
Secondo un recente studio, Monitoring of the Spectral and Timing Properties of the Ultraluminous X-Ray Pulsar NGC 7793 P13 di pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, è stata scoperta una relazione tra l’emissione luminosa di raggi X e la velocità di rotazione della pulsar P 13, un meccanismo astronomico che nasconde ancora molti aspetti non chiari. Gli astrofisici hanno studiato l’evoluzione nel tempo della luminosità dei raggi X della stella, raffrontando le variazioni del periodo di rotazione dal 2011 al 2024, impiegando dati d’archivio di diverse fonti di ricerca – XMM-Newton, Chandra, NuSTAR e NICER – e, in estrema sintesi, si è scoperto che la stella di neutroni P13, dopo una fase debole nel 2021, ha variato la sua luminosità, riprendendo a brillare nel 2022 e raggiungendo nel 2024 un’elevata luminosità di oltre due ordini di grandezza superiore a quella del 2021. Inoltre, l’accelerazione della velocità di rotazione è aumentata di un fattore due, mantenendosi costante fino al 2024; in pratica il sistema di accrescimento ha cambiato la sua intensità e si ipotizza che l’altezza della colonna di accrescimento di questa pulsar (da pulsating star) sia stata modificata dalla modulazione del flusso in questo arco di osservazione decennale.
Immagine di una pulsar, scoperta dall’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA. La pulsar, nota come PSR J0357+3205, mostra una lunga emissione di raggi X, che rammenta un radiofaro che potrebbe essere usato per navigare nello spazio, come raccontato in tanti libri di fantascienza, 2012 – Fonte: http://www.nasa.gov/…/…2038.html – Autore: NASA/CXC/IUSS/A. De Luca et al.; Ottica: DSS PSR J0357+3205.jpg – Wikimedia Commons
Ma perchè si ha l’effetto radiofaro nelle pulsar?
Il fenomeno delle pulsar è dovuto alla non coincidenza dei poli magnetici con i poli dell’asse di rotazione. Ciò comporta che le stelle di neutroni emettono fasci di radiazione altamente energetici dai poli magnetici, che possono essere percepiti come il “lampo di luce di un faro”, visibile quando puntati in direzione della visuale dell’ossrvatore.
La periodicità di questi impulsi è estremamente interessante perchè ci consente di misurare la frequenza di rotazione della stella con una precisione estrema. Le pulsar non sono solo dei “fari cosmici” ma oggetti straordinari che ci permettono di studiare la fisica dei materiali estremi, gli effetti della gravitazione e la dinamica delle stelle di neutroni: dal rallentamento rotazionale ai misteriosi picchi energetici detti glitch3, ovvero quelle interazioni che avvengono tra il superfluido interno e la parte solida della stella (crosta). Sembrerebbe che il superfluido possa ruotare a velocità diverse ed accumulare dei vortici quantizzati che, quando si spostano improvvisamente, possono provocare i glitch. Secondo gli scienziati, lo studio di queste variazioni delle emissioni radio nel tempo non solo permetterà di comprendere il comportamento delle stelle a neutroni ma ci farà comprendere meglio le leggi fondamentali dell’universo.
.
Fonte
Marina Yoshimoto et al, Monitoring of the Spectral and Timing Properties of the Ultraluminous X-Ray Pulsar NGC 7793 P13, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae018f – Journal information: Astrophysical Journal Letters
Note
1 In condizioni normali, la pressione di un gas è proporzionale alla sua temperatura e alla densità, come formulato dalla legge dei gas perfetti:
PV =n RT dove P è la pressione, V è il volume, n è il numero di moli, R è la costante dei gas perfetti (circa 8,314 J/K·mol) e T è la temperatura.
Fermi e Dirac dimostrarono che, se la densità viene fatta aumentare continuamente fino a raggiungere valori estremamente elevati, la pressione aumenta fino a un punto in cui essa risulta indipendente dalla temperatura del gas, che non segue più le leggi classiche in quanto entrano in gioco fattori legati ad aspetti quantistici dei fermioni (a cui appartengono l’elettrone, il protone e il neutrone), come quelli previsti dal principio di esclusione di Pauli, che afferma che due particelle non possono occupare lo stesso stato quantico. Per ottenere la degenerazione degli elettroni, occorre quindi raggiungere densità dell’ordine di 1000 kg/cm3 mentre, per i neutroni, sono necessarie densità ancora più elevate, dell’ordine di 100 milioni di tonnellate/cm3.
2 una stella massiccia viene definita anche stella blu a causa del suo colore causato dell’elevata temperatura superficiale (attorno ai 30.000 K). L’alta temperatura deriva direttamente dalla sua massa elevata, superiore alle otto masse solari. Quando collassa la sua densità aumenta incredibilmente e la stella si trasforma in una stella di neutroni.
3 In astronomia, un glitch è un improvviso aumento, dell’ordine di circa una parte su un milione, della frequenza di rotazione di una pulsar, che solitamente diminuisce costantemente a causa dell’emissione di radiazioni e delle particelle ad alta energia.
.
PAGINA PRINCIPALE - HOME PAGE
.
Alcune delle immagini presenti possono essere state prese dal web, citandone ove possibile gli autori e/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l’autore e la fonte o rimuoverle, può scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell’articolo.
.
- autore
- ultimi articoli
è composta da oltre 60 collaboratori che lavorano in smart working, selezionati tra esperti di settore di diverse discipline. Hanno il compito di selezionare argomenti di particolare interesse, redigendo articoli basati su studi recenti. I contenuti degli stessi restano di responsabilità degli autori che sono ovviamente sempre citati. Eventuali quesiti possono essere inviati alla Redazione (infoocean4future@gmail.com) che, quando possibile, provvederà ad inoltrarli agli Autori.