Le stelle di neutroni rappresentano uno dei fenomeni più estremi e affascinanti dell’universo. Originatesi dal collasso dei nuclei delle supergiganti, queste stelle superdense condensano masse superiori a quella del nostro Sole all’interno di dimensioni che equivalgono a quelle di una città.

L’interno delle stelle di neutroni: una frontiera della fisica estrema

Al loro cuore, le stelle di neutroni custodiscono una forma di materia estrema, densa oltre ogni immaginazione e pressata a un punto in cui la fisica della materia assume comportamenti unici e insondabili. La NASA, conscia di questa sfida scientifica, ha lanciato la missione Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER) per esplorare e decifrare i segreti custoditi nei nuclei di queste stelle enigmatiche.

Gli scienziati, in collaborazione con l’organizzazione, hanno recentemente fatto un passo avanti significativo nel comprendere queste strutture celesti. Utilizzando segnali radio provenienti da una stella di neutroni in rotazione veloce, sono riusciti a misurarne con precisione la massa, fornendo dati fondamentali per determinare il raggio della stella e, di conseguenza, per esplorare le proprietà della materia al suo interno.

L’equazione di stato delle stelle di neutroni: una chiave per comprendere l’universo

La densità delle stelle di neutroni è tale che il loro nucleo rappresenta una delle forme di materia più stabili e compatte conosciute. L’equazione di stato, che descrive la compressibilità di queste stelle, rivela come la materia reagisca in condizioni estreme e fornisce indicazioni cruciali sulla composizione interna delle stelle di neutroni.

NICER, posizionato sulla Stazione Spaziale Internazionale, sfrutta l’osservazione di raggi X emessi dai punti caldi sulla superficie delle stelle di neutroni. Analizzando questi dati, gli scienziati sono in grado di mappare la distribuzione della temperatura e determinare la massa e le dimensioni delle stelle di neutroni. Questo lavoro permette di sondare l’equazione di stato con dettagli mai visti prima, distinguendo tra diverse ipotesi sulla natura della materia al loro interno.

Il caso studio: PSR J0437-4715 e la sua rilevanza scientifica

Tra gli obiettivi principali di NICER c’è PSR J0437-4715, una pulsar millisecondo nota per la sua vicinanza e luminosità nel panorama celeste. La pulsazione rapida di questa stella di neutroni fornisce un’opportunità unica per studiare i suoi parametri con grande precisione.

Utilizzando dati combinati da NICER e osservazioni radio provenienti da telescopi come Murriyang in Australia, gli scienziati hanno affrontato la sfida di determinare la massa di PSR J0437-4715. Il metodo di ritardo di Shapiro, un effetto predetto dalla teoria della relatività generale di Einstein, ha permesso di misurare con precisione la massa della pulsar e della sua compagna, una nana bianca, basandosi sulla deformazione dello spaziotempo dovuta alla loro reciproca attrazione gravitazionale.

I risultati di queste misurazioni hanno rivelato che PSR J0437-4715 ha una massa tipica per una stella di neutroni, equivalente a circa 1,42 volte quella del Sole. Inoltre, il raggio della stella è stato calcolato con precisione a 11,4 chilometri, fornendo così un punto di ancoraggio fondamentale per le teorie sull’equazione di stato delle stelle di neutroni.

Implicazioni scientifiche e futuri sviluppi

Questi risultati hanno un impatto significativo sul campo della fisica delle astroparticelle, poiché escludono alcune delle teorie più morbide o più rigide sull’equazione di stato delle stelle di neutroni. Gli scienziati continuano a esplorare le implicazioni di questi dati, cercando di comprendere meglio la natura della materia esotica che potrebbe costituire il nucleo di queste stelle.

Le teorie attuali suggeriscono che la materia esotica all’interno delle stelle di neutroni potrebbe essere costituita da quark liberati dalle loro normali configurazioni, o da iperoni, particelle rare che contribuiscono alla stabilità della struttura delle stelle di neutroni.

Inoltre, le osservazioni delle pulsar millisecondo come PSR J0437-4715 sono fondamentali per il futuro delle ricerche sulla gravità e sulle onde gravitazionali. Il progetto Parkes Pulsar Timing Array, che sfrutta pulsar simili per rilevare onde gravitazionali, beneficia delle osservazioni di stelle di neutroni vicine come questa, offrendo un’ulteriore finestra sul comportamento della gravità nell’universo.

Contributi alla scienza spaziale

Il radiotelescopio Parkes del CSIRO nel Nuovo Galles del Sud, Murriyang, con la sua storia ricca di contributi alla scienza spaziale, continua a svolgere un ruolo cruciale nelle missioni della NASA e nella ricerca delle stelle di neutroni. L’uso di strumenti avanzati come NICER ha permesso di fare passi da gigante nel comprendere la fisica delle stelle di neutroni, aprendo nuove porte alla nostra comprensione dell’universo e dei suoi fenomeni più estremi.

In sintesi, l’esplorazione delle stelle di neutroni non è solo un viaggio nello spazio profondo, ma anche un viaggio nelle profondità più intime della fisica fondamentale, portando l’umanità un passo più vicino alla comprensione dei misteri nascosti dell’universo.

Video per approfondire

Ne seguente video youtube, una nana bianca orbita attorno a una pulsar, deformando lo spaziotempo e ritardando gli impulsi radio provenienti dalla pulsar. (Carl Knox/OzGrav)

Nel video youtube che mostriamo di seguito, la pulsar millisecondo PSR J0437-4715, a sinistra vista dalla Terra e a destra vista dal suo piano equatoriale. Il colore rosa-viola indica la temperatura dei punti caldi ai poli. I poli magnetici caldi non sono esattamente opposti tra loro. Poiché la stella è così densa, le animazioni mostrano anche l’effetto della deflessione della luce causata dalla gravità estrema. (NASA/Sharon Morsink/Devarshi Choudhury et al.)