31/10/13

Dottor Jekyll e mister Hyde **

Le stelle di neutroni sono ancora oggetti molto misteriosi, soprattutto quando si mostrano come pulsar. Tuttavia, bisogna veramente richiamare il grande Stevenson per lo strano e inaspettato caso di IGR J18245-2452.

Una stella di neutroni ha mostrato un comportamento a dir poco “bizzarro”. Come spesso capita, la spiegazione del mistero deve cercarsi nella sua vita di coppia.

Come ormai sappiamo molto bene, le stelle di neutroni sono il residuo superdenso di una stella massiccia che è esplosa come supernova. Quella che vogliamo descrivere ha il nome di IGR J18245-2452 e si trova a circa 18 000 anni luce da noi, in un ammasso stellare noto come M28.

Nel 2005 è stata classificata come radio pulsar millisecondo (ossia, una stella di neutroni che ruota molto velocemente, con un periodo dell’ordine dei millisecondi, e che emette nel radio). Pochi anni dopo, nel 2013, la stessa stella fu “riscoperta” come pulsar a raggi X. Dopo un momento di sorpresa ci si è accorti che la stella era la stessa, ma che il suo comportamento era cambiato nel giro di un tempo veramente breve. Questa duplice natura ha sollevato subito grande interesse e si è scoperto negli archivi che il passaggio da pulsar radio a X (e viceversa) era la sua abitudine e non un caso. Ricordiamo che una stella di neutroni emette nell’X quando fa parte di un sistema doppio e la materia della compagna che la raggiunge s’inserisce in un disco di accrescimento e dà infine luogo a forti emissioni nei raggi X. Qual è il vero problema di questo comportamento quasi assurdo? Presto detto: per quanto se ne sappia, gli impulsi radio NON possono prevenire da una binaria X, mentre impulsi radio possono provenire da un’ex sorgente X, ma, per mostrarsi, necessitano di un tempo estremamente lungo.

L’unico modo per spiegare questo continuo cambiamento di “umore” della nostra stella così ambigua sta nella sua relazione complicate con la compagna: una stella normale di piccola massa giunta nella sua fase di gigante rossa. Prima di proseguire vorrei chiarire meglio la situazione: abbiamo detto varie volte che a seguito dell’esplosione di una supernova, la stella compagna viene spesso cacciata dal sistema. Non sempre, però. In questo caso, la trasformazione della compagna massiccia in stella di neutroni (e quindi di un evento di supernova) non ha modificato la coppia, veramente molto unita.

La piccolissima, ma estremamente massiccia, stella di neutroni risucchia la materia della compagna che ormai riempie il proprio lobo di Roche. La materia s’inserisce in orbita attorno al residuo di supernova e, infine, cade sulla sua superficie riscaldandosi enormemente ed emettendo raggi X.

Questo processo, ben noto, avrebbe dovuto proseguire per milioni di anni. Alla fine si sarebbe esaurito il materiale a disposizione della sorgente X e lei non avrebbe più mandato segnali. Senza più la pioggia di materiale, però, il campo magnetico sarebbe in grado di generare fasci radio e trasformare “lentamente” la stella di neutroni in una tipica pulsar, dall’aspetto di un faro nella notte cosmica.

Molte pulsar radio ruotano decine di volte in un secondo, ma se lasciate al proprio destino, rallentano progressivamente su scale di tempo dell’ordine di molte migliaia di anni a causa della perdita di momento angolare trascinato via dall’energia lanciata nello spazio attraverso i fasci radio. Tuttavia, nel caso di una binaria X vi è un continuo accumulo di materiale che costringe la stella di neutroni a ruotare sempre più velocemente (ricordate la pattinatrice sul ghiaccio?). Quando il periodo X finisce, non essendoci più materiale che arriva dall’esterno, la stella si trova a girare con periodi dell’ordine dei millisecondi (non centinaia ma migliaia di giri al secondo).

Come vedete, sono tutti processi relativamente molto lenti quelli che fanno passare da una binaria X a una pulsar radio. Il caso di IGR J18245-2452 è ben diverso. Essa passa da sorgente X a pulsar radio nel giro di pochi mesi! In particolare, lei è stata osservata come sorgente X per circa un mese. Poi tutto si è fermato per pochi giorni. Improvvisamente la sorgente è tornata in vita, ma questa volta come sorgente radio. Assurdo! Ed ancora più assurdo è il fatto che la stella è stata vista passare da pulsar radio a X. E quest’ultima situazione non era mai stata osservata.

Un attimo, un attimo. In fondo, la spiegazione non è qualitativamente molto difficile… pensateci bene e la troverete anche voi. Basta  che si assuma che il materiale che proviene dalla compagna non sia un flusso continuo, ma composto da getti più o meno periodici. Non una bibita che si beve direttamente dal bicchiere, ma un succo di frutta dato a un bimbo con il cucchiaino!

In ogni modo, questa spiegazione che sembra oggi confermata anche da altre binarie X, cambia di molto la visione temporale dell’evoluzione di una stella binaria di questo tipo. Processi che si pensava dovessero durare milioni di anni si svolgono invece in pochi mesi.

Sarò ancora più chiaro.

Il passaggio da X a radio era già ammesso, benché su tempi scala molto lunghi. Esso avviene quando s’interrompe il flusso di materia da una stella all’altra. Il passaggio da radio a X, invece,  non era previsto, dato che o cadeva materiale o non cadeva più. Il trasferimento di massa a singhiozzo permette invece di ricominciare il regalo di materiale dopo un periodo di stop e quindi di permettere ancora un’emissione di raggi X. Nuovamente, però, anche questo processo si deve svolgere in tempi rapidissimi. Insomma, una stella doppia ha una vita molto più avventurosa e variabile di quanto si pensasse precedentemente.

Che volete che vi dica… anche le coppie stellari si adattano alla vita turbolenta dei nostri tempi… non ci sono più i matrimoni di una volta. Fermi tutti!  Sapete che questa affermazione è sbagliata! Se non altro perché ciò che vediamo accadere OGGI alla nostra bizzarra coppia è avvenuto ben 18 000 anni fa, quando sulla Terra il comportamento di una coppia era ben diverso da quello attuale. Scusate questa uscita dal seminato, ma ho voluto approfittarne per richiamare nei neofiti il concetto di visione “ritardata” degli oggetti dell’Universo a causa della velocità finita della luce. Chi ne fosse ancora digiuno può recarsi QUI e cominciare a imparare le difficoltà di viaggio nello Spazio enorme del Cosmo. Oppure, ovviamente, avvicinarsi all’Universo attraverso un libro come “Rosetta e le tre Sorelle” (QUI).

In ogni caso, per le stelle, non vale assolutamente il detto: “Tra moglie e marito non mettere il dito”. Se non lo facessimo impareremmo ben poco sull’evoluzione stellare. Niente da fare: le stelle sono creature molto più pazienti e disponibili di quelle umane…

Per vedere l’intero cambiamento di umore vi è un bel filmato QUI.

L’articolo originale si può scaricare QUI (a pagamento)

pulsar variabile
I due momenti (X sopra e radio sotto) della nostra stella di neutroni (come Dr. Jekill e Mr. Hyde). Credit: Bill Saxton; NRAO/AUI/NSF

11 commenti

  1. gabry

    Complimenti enzo per l articolo  :wink:
    C é una cosa che non riesco a capire. Le onde radio prodotte in abbondanza dalle stelle di neutroni  e anche dai quasar a cosa sono dovute? 

  2. caro Gabry,
    le onde radio sono emesse quando un campo magnetico si combina con una rotazione rapidissima. E' un'emissione a bassissima lunghezza d'onda. 

  3. davide1334

    enzo,una domanda delle mie: prendiamo una  coppia binaria stretta dove vi è trasferimento di materia e  solo una una  riempie il proprio lobo di roche,quindi il trasferimento di materia avviene in un'unica direzione...giusto?mettiamo che la stella "vampirizzata"dalla compagna sia una nana rossa di minima massa,proprio il minimo minimo di massa che può fare accendere una stella; essa, "dimagrendo" come si comporta?può arrivare ad arrestare il proprio processo di fusione nucleare?cioè,può "spegnersi"?  

  4. alexander

    Magari la perdita di massa determinerebbe una riduzione della pressione generata dalla gravità.
    La gravità non sarebbe sufficiente a contrastare l'energia di espansione generata dalla fusione e dal calore e cosi verrebbero espulsi gli strati esterni.
    Rimarrebbe una specie di nana bianca o forse una specie di nana bruna in quanto composta ancora da idrogeno ed elio ma non in fusione...
    Non credo che si possa spegnere il motore di una stella senza arrivare come conseguenza ad una fortissima perdita di massa in quanto,che io sappia, la differenza in temini di massa ritenuta possibile in astrofisica tra una nana bruna e una nana rossa è veramente grande...
    Mi sono avvicinato? 

  5. carissimi,
    ottime domande...

    Potrei dirvi subito che una nana rossa di massa minima avrebbe bisogno di miliardi e miliardi di anni prima di bruciare il suo idrogeno. Nessuna sicuramente l'ha mai fatto finora. Inoltre, esse non diventano giganti rosse, ma hanno solo qualche guizzo luminoso e si contraggono come nane bianche di elio. Non è detto nemmeno che perdano massa. La loro uscita dalla SP è quasi impercettibile finché non si trasferiscono tra le nane bianche (la gravità ha il sopravvento).
    Conclusione: non riusciranno mai a riempire il loro lobo di Roche!

    Piccola tiratina d'orecchie: sull'Infinito Teatro ne parlo.... ahi ahi ahi... :mrgreen: .
     

  6. davide1334

    vero,enzo,me lo sono andato rileggere e mi cospargo il capo di cenere :oops: ....il trasferimento di materia può avvenire solo fuori dalla sequenza principale,quindi la mia assurda ipotesi non può verificarsi....è impossibile che si spenga una stella,prima del suo normale ciclo evolutivo,giusto?

  7. AlexanderG

    Ciao Enzo,
        come al solito scrivo con quasi 1 mese di ritardo ... ormai è prassi ;)
    Allora, la prima cosa che mi è venuta in mente è un'orbita molto "allungata" tra le due stelle: quando sono lontane la pulsar è radio millisecondo, quando sono vicine, invece, è X.
    ...è plausibile questa ipotesi?

  8. caro Alexander,
    direi che è molto meglio quella che è stata formulata nell'articolo e che ha più  senso "fisico". Stelle così vicine si devono essere piazzate su orbite praticamente circolari. Una volta che inizia il trasferimento siamo in una situazione praticamente bloccata e le due stelle si guardano in faccia come Plutone e Caronte... :roll:

  9. AlexanderG

    Sì, avevo immaginato ad orbite circolari, poi, però, ho pensato all'eplosione della supernova come una specie di "spinta" che può avere allungato il "balletto" tra i due astri.

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:wink: :twisted: :roll: :oops: :mrgreen: :lol: :idea: :evil: :cry: :arrow: :?: :-| :-x :-o :-P :-D :-? :) :( :!: 8-O 8)

 

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