Le stelle più esotiche del cosmo sono fatte di pasta (nucleare)

Pasta? No, pasta nucleare: è quella che gli astronomi hanno osservato all'interno di una stella di neutroni. Foto C. J. Horowitz, et al. ©2015 American Physical Society
Dopo i buchi neri, le stelle di neutroni sono probabilmente gli oggetti più esotici dell'Universo. Originate dal collasso gravitazionale di stelle massicce, le stelle di neutroni comprimono masse spesso superiori a quella del nostro Sole in sfere grandi quanto una città. Questa loro caratteristica le rende tra gli oggetti più densi del cosmo, paragonabili solo al nucleo di un atomo.
Ma le similitudini tra stelle di neutroni e nuclei atomici finiscono qui: tra i due oggetti, infatti, vi sono circa 18 zeri di differenza in dimensioni. I nuclei degli atomi sono tenuti compatti dall'interazione forte, mentre per le stelle di neutroni la stessa funzione è svolta dalla gravità. Nelle estreme condizioni gravitazionali in cui verte l'interno di una stella di neutroni, questi ultimi possono raggrupparsi e formare enormi nuclei stabili, talmente grandi che, se trasportati qui sulla Terra, decadrebbero davanti ai nostri occhi.
Il più grande di questi nuclei atomici è quello che si trova nell'esatto cuore della stella di neutroni: un esotico e ultra-denso plasma di quark e gluoni, paragonabile come caratteristiche solo all'Universo 20-30 microsecondi dopo il Big Bang. Nelle regioni più esterne delle stelle di neutroni si trova invece materia più ordinaria. Nella regione di transizione tra la materia esotica e quella convenzionale, gli astronomi hanno individuato quello che è ora conosciuto come strato della "pasta nucleare".
La pasta nucleare consiste in materia molto densa in cui la disposizione di neutroni, protoni e anche elettroni dà vita a forme regolari ma non sferiche, come superfici rettangolari lisce o bastoncini. Studiando le radiazioni a raggi-X emesse dalle stelle di neutroni, gli scienziati stanno lentamente ricostruendo, pezzo dopo pezzo, la struttura interna, e in particolare questo strato di transizione.
Secondo una nuova ricerca, pubblicata nel Physical Review Letters da un gruppo dei ricercatori della Indiana University e della McGill University, questa pasta esisterebbe in una grande varietà di strutture, o fasi, che gli astronomi hanno scherzosamente battezzato "gnocchi", "penne" e "lasagne". I ricercatori sono giunti alla conclusione che la pasta nucleare presente all'interno delle stelle di neutroni possa in realtà presentare dei difetti topologici.
"Abbiamo individuato dei possibili difetti all'interno di strutture che altrimenti sarebbero regolari,, e questi difetti potrebbero ridurre la conduttività elettrica e termica dell'intera stella," ha scritto C. J. Horowitz, che ha guidato il gruppo di ricercatori. Una riduzione nella conduttività elettrica e termica potrebbe a sua volta risultare nel raffreddamento della crosta, nel decadimento del campo magnetico e nell'alterazione della rotazione dell'astro.
Usando delle ricostruzioni computerizzate per simulare le dinamiche molecolari, i ricercatori hanno tentato di capire come questi difetti possano fare la loro apparizione. I ricercatori hanno così potuto assistere alla nascita di varie strutture a elica da configurazioni uniformi e casuali di neutroni, protoni ed elettroni. Queste anomalie sono riuscite a sopravvivere fino al termine della simulazione, dimostrandosi più che stabili.
A causa della conservazione del momento angolare, le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più rapidi del cosmo: alcune stelle ruotano su loro stesse fino a 700 volte al secondo. Ma la loro rotazione è in parte frenata dal loro stesso campo magnetico: il prossimo passo per i ricercatori, quindi, è stato studiare come questi difetti possano rappresentare potenziali impurità nel campo magnetico di una stella di neutroni.
Finora, solo una manciata di stelle di neutroni, peraltro molto isolate, mostrano periodi di rotazione superiori ai 12 secondi. La stragrande maggioranza delle altre stelle presenta invece moti molto più veloci che, con il passare dell'età, rallentano, rimanendo pur sempre estremamente rapidi. Perché su di loro il campo magnetico non ha rallentato più di tanto la rotazione? Secondo i ricercatori, il colpevole potrebbe essere proprio la pasta nucleare: il decadimento del campo magnetico potrebbe infatti portare a un aumento nell'effetto-rallentamento che esso genera sul moto di rotazione della stella.
A questo punto, i ricercatori hanno voluto mettere alla prova la loro teoria: hanno così deciso di effettuare una serie di previsioni sulla curva di luce emessa da una particolare stella di neutroni. E, sorprendentemente, le analisi preliminari dei dati raccolti dal telescopio spaziale Chandra concordano alla perfezione con le loro previsioni.
"Speriamo in futuro di poter approfondire le nostre conoscenze sul comportamento della materia compressa a densità così elevate," conclude Horowitz.
Le stelle più esotiche del cosmo sono fatte di pasta (nucleare) Le stelle più esotiche del cosmo sono fatte di pasta (nucleare) Reviewed by Pietro Capuozzo on 2.2.15 Rating: 5
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