6/10/15

!!! Come misurare la massa senza Keplero ***

Come ben sappiamo, le pulsar sono stelle di neutroni che ruotano velocemente e nascono durante la fase di supernova di una stella massiccia a seguito del collasso del nucleo. Esse sono oggetti ultra densi e in un diametro di soli 25 km può essere contenuta una massa superiore a quella del Sole. Come dice lo stesso nome, le stelle di neutroni sono formate da materia molto strana, ricca di neutroni (vedi QUI) soprattutto negli strati più interni. Heisenberg e Pauli ne determinano la sopravvivenza e la stabilità.

Molte pulsar ruotano veramente come trottole impazzite fino a raggiungere periodi dell’ordine dei millisecondi. Normalmente questi periodi sono estremamente stabili, tanto che si stanno utilizzando anche per cercare di rilevare le onde gravitazionali che attraversano l’Universo (QUI), prodotte dai giganteschi buchi neri galattici.

Tuttavia, come tutti I bambini, quelle nate da poco presentano a volte dei “disturbi” o “scatti” improvvisi, sotto forma di aumenti inaspettati di velocità rotazionale. Essi sono chiamati “glitches” e hanno un’importanza eccezionale per cercare di capire cosa avvenga all’interno di questi oggetti al limite della fisica conosciuta.

In realtà, secondo i canoni classici, le pulsar emettono energia attraverso le radiazioni elettromagnetiche che quando ci raggiungono le fanno apparire come dei veri e propri fari cosmici. In Natura se si produce energia, questo deve andare a scapito di qualcos’altro e, in particolare, della sua rotazione che tende lentamente a rallentare. In poche parole, più una pulsar è vecchia e meno velocemente gira.

Come detto, però, nelle pulsar giovani sono stati osservati drastici (in meno di trenta secondi) cambiamenti di periodo di rotazione che, tornano poi lentamente ai valori precedenti (in giorni o decine di giorni o poco più)

Perché il glitches sono così importanti? Perché potrebbero indicarci ciò che realmente capita all’interno di una oggetto che è composto sicuramente da materia degenere o –quantomeno- tale da non corrispondere a nessun modello della fisica tangibile e riproducibile.

Cosa si pensa, oggi, della struttura interna di una pulsar? Beh… essa dovrebbe essere composta da tre strati. La crosta esterna, generalmente di ferro, di materia “abbastanza” normale; una crosta interna e un nucleo. E qui le cose si complicano. Come già sappiamo, per rispettare i principi di Heisenberg e Pauli i neutroni diventano i primi attori e rendono la materia ben lontana da ciò che conosciamo. Il nucleo è probabilmente formato di neutroni allo stato liquido; mentre la crosta interna è composta da nuclei atomici ricchi di neutroni che galleggiano in un mare di neutroni liberi. I neutroni liberi si comportano in modo particolare e rappresentano un ottimo esempio di superfluido, in cui gli attriti spariscono del tutto e molte altre cose.

Queste varie situazioni sono legate strettamente e in modo non banale alle temperature della materia e alla sua densità generale e locale. Per le sue stesse caratteristiche il superfluido ruota formando vortici i quali stabiliscono a seconda della loro densità la velocità del superfluido. Una dinamica estremamente complicata che va oltre il livello puramente divulgativo. In ogni modo, il superfluido segue le sue regole di rotazione che lo rendono del tutto indipendente da ciò che capita negli strati più esterni.

Capita così che mentre la crosta superficiale inizia a rallentare per la perdita di energia emessa, il superfluido interno continua imperterrito senza risentirne assolutamente. In poche parole, il superfluido diventa una vera e propria riserva di momento angolare. Quando la differenza tra rotazione esterna e rotazione interna diventa superiore a un certo livello critico il momento angolare viene trasferito alla crosta che immediatamente reagisce aumentando la velocità angolare.

Usiamo le parole di uno degli autori della ricerca per rendere ancora più semplice il concetto: “Immaginate che la pulsar sia una tazza piena di zuppa, entrambe in rotazione. Tuttavia, la zuppa ruota più velocemente della tazza. Dopo un po’, la frizione tra la zuppa (che di per sé non ha attriti) e il bordo interno della tazza costringe tutta la tazza a ruotare più velocemente”. E’ anche molto indicativa una frase successiva. “E più zuppa è contenuta nella tazza e più la risposta è rapida e rilevabile”.

La ricerca, perciò, ha costruito un modello che lega le caratteristiche  “visibili” della pulsar (emissione del getto, glitches, rallentamento generale) alle regole della fisica nucleare che descrive il superfluido, nascosto ma in grado di condizionare l’intera struttura. Non possiamo entrare nei dettagli, ma il modello che è stato costruito è riuscito a sintetizzare il tutto in due parametri “osservabili” che, automaticamente, conducono ai valori delle temperature e al legame tra quella esterna e quella interna. Il modello conferma pienamente forma e durata dei glitches e rivoluziona letteralmente la fisica degli interni di residui stellari che sono uno dei punti fondamentali della fisica moderna: il comportamento e la struttura della materia degenere.

Il bello è, però, che i valori ottenuti per via osservativa e inseriti nel modello permettono anche di risalire al valore della massa della stella. Un risultato che è impressionante proprio per il concetto che gli sta dietro: determinare la massa di un corpo attraverso il suo comportamento nucleare e le interazioni con il mondo esterno. In altre parole, la grandezza e la frequenza dei glitches dipende dalla quantità di superfluido contenuto nella stella e dalla mobilità dei vortici del superfluido e, quindi, dalla fisica nucleare che lo descrive. Una rivoluzione epocale che con il miglioramento delle tecnologie sarà sicuramente decisivo per svariati campi di ricerca.

Concludiamo con un'altra frase molto indicativa degli autori: “Il nostro risultato propone un nuovo legame tra lo studio degli oggetti astronomici lontani e gli esperimenti di laboratorio sulla fisica a “bassa” temperatura. Un grande esempio di Scienza interdisciplinare”.

In mezzo alla misera scienza mediatica che sta corrompendo anche le grandi istituzioni, c’è ancora chi lavora con straordinario talento, intelligenza e perseveranza. Forza homo sapiens sapiens: se ci sei batti un colpo!

Chi vuole saperne di più può leggere l’articolo originario, scaricabile gratuitamente QUI

2 commenti

  1. givi

    Grande scoperta

  2. E sì Givi, penso anch'io che sia una grande scoperta, di quelle che lasceranno un bel segno!

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