La stella ultra-densa che sta al centro della famosa supernova Cassiopea A ha rappresentato un enigma fin dalla sua scoperta. A risolverlo ci ha pensato ancora una volta il fantastico Chandra X-ray Observatory della NASA. La stella di neutroni al suo centro era stata scoperta nel 1999, ma non mostrava assolutamente le tipiche pulsazioni nei raggi X e nel radio, che caratterizzano normalmente questi oggetti. Si era addirittura ipotizzato un corpo estremamente piccolo formato da una strana materia composta da quark.
Vale la pena richiamare brevemente cosa sono questi strani oggetti celesti, che rappresentano il passo precedente a quello dei ben più famosi buchi neri. A differenza di quasi tutto ciò che popola l’immenso Universo, le stelle di neutroni hanno dimensioni comparabili a ciò che conosciamo molto bene nella nostra vita quotidiana. Un oggetto di questo genere non supera normalmente la ventina di chilometri. L’enorme gravità dell’oggetto originario, al momento dell’esplosione in supernova, fa collassare la gigantesca stella, disintegrando la struttura atomica e compattando tra loro i nuclei, composti essenzialmente da neutroni. Da lì appunto il nome.
Per capire come questo sia possibile immaginiamo che il nucleo di un atomo sia una capocchia di spillo. In questa ipotesi, i primi elettroni si troverebbero a circa 200 metri. Quindi l’atomo è essenzialmente composto di vuoto, come tutta la materia comune. Ma se eliminassimo gli elettroni e facessimo venire a contatto i nuclei, avremmo una massa quasi inalterata (gli elettroni non hanno praticamente massa), ma le dimensioni diverrebbero estremamente piccole. Ciò è quello che succede, facendo ovvie semplificazioni. La gravità è mostruosa, circa 100 miliardi di volte quella presente sulla superficie terrestre. Durante questo processo di contrazione la velocità di rotazione del corpo celeste aumenta rapidamente fino a costringere la stella a ruotare in brevissimo tempo (molto spesso frazioni di secondo) ed a produrre fasci violentissimi di raggi X emessi dalla combinazione del $campo$ magnetico e della rapidissima rotazione. Questi fasci sono proprio quelli che rendono estremamente caratteristiche le pulsar, che sembrano appunto “pulsare” ogni volta che il getto colpisce l’osservatore.
Se ora pensassimo alla possibile esistenza di una atmosfera attorno alla stella, creatasi dalla ricaduta sull’astro di parte del gas espulso nella supernova, questo involucro dovrebbe essere composto essenzialmente da idrogeno ed elio. In queste condizioni però il calore e la gravità innescherebbero reazioni chimiche in grado di trasformare velocemente questi elementi leggeri nel più complesso carbonio.
Ed ecco allora la scoperta: un sottile velo di carbonio potrebbe proprio formare un’atmosfera, non più spessa di qualche centimetro, ma estremamente densa perché compressa dalla terribile gravità superficiale. Le osservazioni di Chandra hanno proprio evidenziato questo sottilissimo, ma fondamentale, involucro scuro, in grado di bloccare e disperdere su tutta la superficie le emissioni X e radio. Niente effetto “faro” quindi, a causa di un “ridicolo” strato di carbonio.
Sembra quasi impossibile che si riescano a studiare cose così piccole in assoluto e soprattutto che queste possano influenzare pesantemente l’aspetto di un oggetto tra i più energetici dell’Universo. Eppure è così.
L’importanza di questa scoperta è enorme, perché cambia del tutto la visione evolutiva delle pulsar. Oltretutto Cassiopea A è recentissima (solo poche centinaia di anni) e rappresenta la più giovane osservabile.
Come tutti i bambini molto piccoli anch’essa si sporca facilmente….
Che bello… 😛 … Concetti così difficili, spiegati con estrema semplicità 😮 … A Zappalà ed a tutti gli altri autori di questo sito, un grazie particolare per avermi riavvicinato ad una materia, ad una passione che ho nel cuore da quando ero bambino…
Credo che il testo “reazioni chimiche in grado di trasformare velocemente idrogeno ed elio nel più complesso carbonio” vada interpretato come “reazioni nucleari in grado…”, visto che nessuna reazione chimica può trasformare un atomo in un altro.
@Marco,
le reazione nucleari fanno parte della chimica detta appunto nucleare, ossia quella che studia la trasformazione del nucleo atomico. Comunque diciamo ovviamente la stessa cosa…
Accidenti, hai ragione! Comunque sempre bellissimo ed interessante, il sito. Aspetto sempe con ansia i nuovi articoli…
@ Marco,
seguici sempre !! Grazie 🙂
Davvero affascinante!
Qua però mi sa che nel digitare ti è uscito un “chimiche” al posto di “nucleari” 🙂
«questo involucro dovrebbe essere composto essenzialmente da idrogeno ed elio. In queste condizioni però il calore e la gravità innescherebbero reazioni chimiche in grado di trasformare velocemente questi elementi leggeri nel più complesso carbonio.»
ops non avevo visto gli altri commenti 😆
Complimenti al Profe per la spiegazione chiara e semplice, come sempre.. 🙂 …anche uno zuccone 😳 come me ha assimilato il concetto di questa tipologia di stelle.
Piccolo Off Topic: stasera la RAI ha annunciato in pompa magna “scoperta l’acqua sulla Luna”..ma non era una notizia vecchia?
@Moreno,
si, si sapeva quasi per certo da altre prove. Ma questa è la prova definitiva e poi fa molta scena….. dato che hanno mandato una missione a posta per fare il “botto” e i soldi spesi dovevano ben servire a qualcosa.
Io comunque avrei sperato che si fosse trovato … vino!!
@ enzo
😆 bella la battuta sul vino!
ma come fa uno strato così sottile di atmosfera a bloccare e disperdere le potenti emissioni di raggi x e radio della pulsar? qual’è il meccanismo sotteso? 🙄
la butto lì: è sottile perchè sottoposta ad una forza di gravità incredibile, altrimenti sarebbr stata più voluminosa… indi ce la fa a bloccare le emissioni perchè di fatto è una atmosfera spessa compattata in poco spazio (quindi un grosso numero di atomi in uno spazio relativamente piccolo). Se poi aggiungiamo che i diamanti sono atomi di carbonio sottoposti a grandi pressioni e temperature, hai voglia che ce la fa…
dico bene?
@paola,
non conosco la motivazione, so solo che i modelli costruiti si aspettavano proprio ciò che è successo. Penserei che sia effetto combinato della elevatissima densità superficiale e della temperatura atmosferica (circa 2 milioni di gradi). Se trovo qualcos’altro te lo faccio sapere…
grazie! spero solo di aver posto bene la domanda, intesa a capire quali siano l’insieme di interazioni che fanno sì che i raggi x emessi dalla stella di neutroni vengano bloccati dallo strato di carbonio intorno alla stella .
😀
se ho ben capito, la riaggregazione di idrogeno e elio, intorno alla stella di neutroni, riattiva un processo di fusione nucleare che trasforma l’idrogeno e l’elio in carbonio…
Quindi, per certi versi, riparte una fase protostellare…
Domanda: ciò non dovrebbe rendere osservabile la stella nel campo del visibile?
Scusatemi se ho detto castronerie!!!
@Antonio,
beh…non è proprio una fase protostellare. E’ il “bruciamento” di un sottile strato che poi si blocca col carbonio. Tuttavia, in realtà le stelle di neutroni si vedono anche nell’ottico. Basta pensare a quella al centro della celeberrima nebulosa del Granchio. però sono ovviamente molto deboli.
@Enzo
Allora non ho detto proprio castronerie…mezze castronerie!!!
Le stelle di neutroni, per effetto di questo “bruciamento” di materiale residuo, sono visibili anche nell’ottico… Non lo sapevo!!!
Il processo di fusione nucleare si interrompe col carbonio, per mancanza di alimentazione o per insufficiente temperatura?
@Antonio,
no, no, assolutamente no… 😉
Si sono visibili. Io direi la prima che hai detto…(la temperatura è elevatissima).
Interessantissimo l’articolo e tutti gli interventi. Mi sorge una domanda: la stella di neutroni di cui si parla è molto giovane, quindi è una fase comune a tutte le (giovani) pulsar un periodo “silenzioso”, senza emissioni di raggi X e radio? In un secondo momento, poi, inizieranno le “pulsazioni”? E se sì, quale meccanismo dissolve lo strato ultracompatto di carbonio?
Altra cosa che poi non mi è molto chiara: conosco un po’ l’evoluzione stellare e già sapevo cosa fossero le stelle di neutroni, ma, nell’articolo, c’è un passaggio che chiederei mi fosse meglio spiegato: “se eliminassimo gli elettroni e facessimo venire a contatto i nuclei, avremmo una massa quasi inalterata (gli elettroni non hanno praticamente massa)”.. Ma se gli elettroni quasi non hanno massa, come fa una stella di neutroni a conservare la massa inalterata? Grazie mille e, come sempre, complimenti per il sito! Uno dei pochi punti di riferimento in campo divulgativo-astronomico in Italia: 😛
@Alessandro,
in realtà non è ancora chiaro il meccanismo. ovviamente si vede su questa stella perchè è molto giovane. E anche perchè ha un campo magnetico non eccessivamente violento. Non tutte poi riescono a ricostruirsi un’atmosfera con i residui del gas espluso. C’è ancora molto da fare…
Per la seconda parte, se ho capito bene, non vedo il tuo dubbio… Perdendo tutti gli elettroni la stella rimane composta solo dai nuclei atomici che sono essenzialmente composti da neutroni che hanno più massa. Gli elettroni espulsi portano via ben poca massa, ma permettono alla stella di assumere dimensioni piccolissime. OK?
grazie ovviamente per i complimenti. facciamo del nostro meglio… 🙂
@ Enzo,
grazie per le risposte e.. per quanto riguarda il secondo quesito.. HAI ASSOLUTAMENTE RAGIONEEEEEEEE!!!! Leggevo ELETTRONI (che sono le particelle subatomiche a non aver quasi massa), ma nella mia testa girava la parola NEUTRONI.. per questo non capivo 😳 Ecco l’inghippo! Oh mamma, sarà invecchiamento cerebrale? Eppure ho solo 34 anni 😯
Scusa ancora e rinnovo i complimenti per il sito che, ormai, seguo da un paio d’anni, pur intervenendo non spessissimo (vedo che c’è anche un altro Alessandro che partecipa alle discussioni).
Per quanto riguarda, poi, la risposta che, sempre gentilmente, m’hai dato sull’osservazione del nostro sistema solare in formazione da parte di altre civiltà intelligenti del passato, concordo pienamente: la Scienza, e soprattutto l’astronomia, sono veramente capaci di far sognare.. A volte, esse stesse si collocano al di là dei più fervidi sogni.. per arrivare là dove nessun uomo è mai giunto prima! 😀