Un granello peserebbe come una montagna: le stelle di neutroni, gli oggetti più estremi dell'universo

Un solo cucchiaino del loro materiale peserebbe miliardi di tonnellate sulla Terra, ancor più pesante dell’intera montagna dell’Himalaya. Parliamo delle stelle di neutroni, tra gli oggetti più compatti dell’Universo.

Ma come fa la natura a produrre tali oggetti?

La nascita violenta delle stelle di neutroni

Le stelle nel corso della loro vita producono energia dalla fusione nucleare di elementi leggeri, quali idrogeno ed elio, in elementi chimici sempre più pesanti.

Passando attraverso la fusione di carbonio, azoto, ossigeno si arriva alla formazione del ferro. Qui succede però qualcosa di sostanzialmente diverso. La fusione degli elementi più leggeri del ferro è esotermica, cioè produce energia, proprio quella che permette di sostenere il peso degli strati più esterni della stella in una condizione di equilibrio (idrostatico).

Invece, la fusione del ferro è endotermica, cioè assorbe energia, quella stessa che invece serviva a sostenere il peso della stella.

Se la massa della stella è almeno 8 volte la massa del Sole e la massa del nucleo è compresa tra 1.4 e 3 masse solari, venendo meno la sorgente di energia nucleare, si verifica un immediato collasso gravitazionale dell’intera stella. Il collasso crea nel nucleo della stella una pressione così elevata che protoni ed elettroni si fondono in neutroni. Questa nuova condizione permette loro di occupare meno spazio e quindi di aumentare la densità.

Gli strati esterni della stella, precipitando su questo nucleo super compatto rimbalzano e si crea un’onda d'urto che propagandosi verso la superficie produce l'esplosione di supernova.

Anche la gravità sulla superficie di una stella di neutroni è impressionante: circa cento miliardi di volte più forte di quella terrestre. Questo significa che qualsiasi oggetto che si avvicinasse troppo verrebbe immediatamente schiacciato e distrutto.

Stelle di neutroni, ma anche magnetar e pulsar

Le stelle generalmente sono permeate da campi magnetici, in alcune stelle sono “fossili”, cioè rimangono inalterati nel tempo, in altre, come il Sole, periodicamente si rigenerano, si pensi al ciclo undecennale delle macchie solari

Una conseguenza del collasso della stella in stella di neutroni è l’intensificazione del campo magnetico, fino a diventare migliaia di miliardi più intensi del campo magnetico terrestre. In alcuni casi si formano oggetti ancora più estremi chiamati magnetar, che possiedono i campi magnetici più potenti conosciuti nell’Universo.

Queste stelle brillano nell’universo soprattutto di raggi X e gamma, soggette a brillamenti durante i quali emettono in un singolo evento l’intera energia emessa dal Sole in milioni di anni.

Quando poi l’elevatissimo campo magnetico si combina con un’elevatissima rotazione della stella di neutroni su se stessa, questa viene chiamata “pulsar”. Queste stelle emettono fasci intensi e molto collimati di radiazione elettromagnetica soprattutto alle radioonde dai poli magnetici. Poiché l’asse magnetico non sempre coincide con quello di rotazione, l’effetto che si osserva è simile a quello di un faro cosmico.

Ma a differenza dei fari, questi ruotano anche compiendo centinaia di rotazioni al secondo. Se uno di questi fasci attraversa la Terra durante la rotazione della stella, i radiotelescopi registrano un segnale periodico estremamente regolare. Questo segnale appare come un impulso di onde radio, da cui deriva il nome “pulsar”.

La prima pulsar fu scoperta nel 1967 dall’astronoma Jocelyn Bell Burnell e inizialmente il segnale fu così regolare da far pensare persino a una possibile origine artificiale. Oggi sappiamo che questi impulsi sono la caratteristica contraddistintiva delle stelle di neutroni rotanti.

Sulla base del numero di stelle molto massicce, si stima che nella nostra Galassia si siano accumulate dai 100 milioni al miliardo di stelle di neutroni.