La stranezza di essere normali

Una stella di neutroni è la “cosa” più vicina a un buco nero che gli astronomi riescono a osservare direttamente. Essa contiene, in media, una massa di mezzo milione di volte quella della Terra in una sfera di diametro non superiore alle dimensioni di una città.

Nell’ottobre del 2010 sono state osservate centinaia di emissioni (burst) di raggi X causate dalle reazioni nucleari che avvenivano sulla superficie di una di loro. Il satellite della NASA RXTE ha seguito con grande accuratezza lo spettacolo lungo un intero mese e ha colmato un grande buco che ancora esisteva tra osservazioni e teoria. Durante quel mese sono state osservate caratteristiche non viste su circa 100 stelle di neutroni “attive” in un periodo di 30 anni.

La stella si trova nell’ammasso globulare Terzan 5, a 25000 anni luce dalla Terra, verso la costellazione del Sagittario. Essa appartiene a un sistema binario X, di piccola massa, dove la $stella di neutroni$ orbita insieme a una stella di tipo solare e viene costantemente investita da un “fiume” di materia che scorre dalla compagna verso di lei. Essendo la seconda sorgente a raggi X dell’ammasso è stata chiamata “amichevolmente” T5X2.

Dopo tre giorni dalla scoperta, RXTE ha rilevato pulsazioni regolari nell’emissione X, indicanti che l’oggetto era una pulsar che ruotava ad un ritmo molto “tranquillo”, per una pulsar: solo undici giri al secondo. Dalle piccole e regolari variazioni del periodo si è anche risaliti al periodo orbitale del sistema: 21 ore.

Il terzo giorno, RXTE ha osservato il primo “scoppio” X, durato circa tre minuti e causato da un’esplosione nucleare avvenuta sulla superficie stellare. Alla fine, RXTE ha registrato circa 400 eventi simili, dal 13 ottobre al 19 novembre, anche con l’aiuto di INTEGRAL, Swift e Chandra.

Nel sistema T5X2, la materia che proviene dalla stella di tipo solare cade sulla sorgente X con estrema violenza e la riveste di uno strato di idrogeno ed elio. Quando lo strato raggiunge una certa grandezza avvengono le reazioni nucleari e le conseguenti esplosioni osservate da RXTE e dai suoi “colleghi”. Più le esplosioni sono violente e più intensa è l’emissione X.

I modelli teorici che descrivono questi eventi predicono una situazione che non è mai stata confermata dalle osservazioni: se il tasso di accrescimento di materia è molto elevato, il flusso di materia che cade sulla $stella di neutroni$ deve mantenere una reazione nucleare continua e stabile senza episodi esplosivi.

A tassi di accrescimento bassi, T5X2 mostra la configurazione normale: la massa si accresce fino a dar luogo ad una forte esplosione nucleare, seguita da un lungo periodo di pausa, in attesa che si riformi uno strato sufficiente di idrogeno ed elio. Quando l’accrescimento aumenta, e quindi anche il volume di materia che cade sulla $stella di neutroni$, la situazione cambia: le esplosioni sono meno violente e occorrono più frequentemente. Se il flusso aumenta ancora di più, le esplosioni scompaiono del tutto e si trasformano in un continua e calma onda di emissioni. La reazione di fusione nucleare si stabilizza e l’emissione avviene in modo uniforme, proprio come predice la teoria. Insomma, T5X2 è un modello perfetto.

Resta, però, il problema della sua unicità. Gli scienziati che hanno analizzato le osservazioni ritengono che la grande somiglianza con la teoria possa dipendere dalla lentezza della rotazione della pulsar. Rotazioni più veloci introducono frizioni tra la superficie della stella e il gas che cade su di essa e il calore che ne deriva può essere sufficiente ad alterare le condizioni ideali, viste solo nella T5X2. I modelli teorici, in parole semplici, si riferiscono al caso di puro accrescimento senza perturbazioni esterne. Anche se da sola, la binaria ha dato comunque un bell’aiuto alle teorie.