27/11/20

Record stellari (7): La stella di neutroni più pesante

Questo articolo è inserito nelle pagine d'archivio "Einstein ha sempre ragione" e "Record cosmici"

 

DEFORMA LO SPAZIOTEMPO E TI DIRO' QUANTO PESI

(Articolo pubblicato il 17/9/2019)

 

Calcolata la massa della più compatta stella di neutroni mai osservata. Siamo proprio al limite per la trasformazione in buco nero. Ancora una volta c'è lo zampino di Einstein.

Se consideriamo i buchi neri come oggetti "speciali", le stelle più dense del Cosmo sono le stelle di neutroni, Nel caso in oggetto stiamo parlando di 2.15 masse solari racchiuse in una sfera di soli 30 km di diametro. Oggi questo è considerato il limite massimo per non collassare in un buco nero.

In realtà, poco si sa ancora di che materia sia composto l'interno di una stella di neutroni, ma sicuramente oltre un certo limite nemmeno i neutroni liberi possono fermare la caduta verso la singolarità e far sì che l'orizzonte degli eventi (che ogni oggetto ha) diventi più grande dell'oggetto stesso. Forse i neutroni ultra schiacciati cambiano stato e diventano un superfluido o magari si "frantumano" in quark... Tante ipotesi, ma poche certezze. Aver scoperto la più pesante stella di neutroni può aiutare a risolvere in parte questo mistero.

Ma, come capiamo molto bene, non è certo facile determinare la massa di una stella di neutroni. Come al solito ci viene incontro la Relatività Generale. Innanzitutto, sono necessari due requisiti:

1) che la stella abbia una compagna piuttosto massiccia come una nana bianca;

2) che la stella di neutroni sia anche una pulsar, ossia la sua rotazione ultraveloce (centinaia di giri al secondo) invii verso lo spazio un fascio di onde radio.

Questa specie di faro cosmico invia il suo segnale con una precisione mostruosa e noi potremmo veramente prendere i suoi segnali come il più perfetto orologio dell'Universo.  Tuttavia, questo non accade e con grande regolarità il tempo tra un impulso e l'altro subisce un certo ritardo. Roba da poco, dell'ordine dei milionesimi di secondo, ma tanto basta per rendersene conto. Un orologio che ogni tanto, in modo periodico, sembra perdere qualche colpo...

Di chi è la colpa? Della compagna nana bianca, che è pur sempre un oggetto molto compatto, capace di far contento Einstein e di curvare lo spaziotempo. In poche parole, quando la nana bianca si interpone nella sua rivoluzione attorno alla sorella-faro, costringe il fascio radio a percorrere un tragitto un più lungo rispetto alla linea retta. Stiamo attenti... non vi è nessun rallentamento della luce, che viaggia sempre alla stessa velocità, ma i poveri fotoni sono costretti a compiere un viaggio un po' più lungo prima di giungere a noi.

 

Il segnale radio proveniente dalla stella di neutroni (la più piccola) viene ritardato a causa della deformazione dello spaziotempo causato dalla nana bianca, ogni volta che lei si frappone tra la pulsar e noi. Fonte: B. Saxton (Nrao/Aui/Nsf).
Il segnale radio proveniente dalla stella di neutroni (la più piccola) viene ritardato a causa della deformazione dello spaziotempo causato dalla nana bianca, ogni volta che lei si frappone tra la pulsar e noi. Fonte: B. Saxton (Nrao/Aui/Nsf).

 

Calcolare la massa della nana bianca sulla base del ritardo che riesce a causare al fascio radio della sorella è un gioco da ragazzi, molto simile all'effetto lente che conosciamo molto bene. Calcolata la massa della nana bianca è allora abbastanza facile determinare anche la massa della compagna conoscendo il  periodo di rivoluzione in modo molto preciso, proprio a causa del ritmicità del ritardo del tempo di arrivo.

In gergo tecnico, questo effetto si chiama ritardo di Shapiro, ma è, ancora una volta, un'applicazione di quanto prevede la relatività generale.

articolo originale QUI

 

Se volete approfondire la differenza tra nane bianche e stelle di neutroni, non dovete fare altro che... interrogare Wolfgang Pauli!

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