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Nicer mette alla prova una stella di neutroni

La materia nel cuore delle stelle di neutroni – i  residui densi delle stelle massicce esplose – assume la forma più estrema che è possibile misurare. Ora – grazie ai dati raccolti dalla missione Nicer della Nasa, un telescopio a raggi X installato sulla Iss – gli scienziati hanno scoperto che questa materia misteriosa è meno comprimibile di quanto previsto dalle teorie precedenti. 

La scoperta si basa sulle osservazioni di Psr J0740 + 6620, o più semplicemente nota come J0740, la stella di neutroni più massiccia conosciuta situata a oltre 3600 anni luce di distanza da noi, nella Costellazione della Giraffa. J0740 si trova in un sistema stellare binario con una nana bianca, il residuo del raffreddamento di una stella simile al Sole, e ruota 346 volte al secondo. Le precedenti osservazioni collocano la massa della stella di neutroni a circa 2,1 volte quella del Sole.

Alla fine della sua vita, una stella più massiccia del Sole, esaurisce il carburante nel suo nucleo, collassa sotto il suo stesso peso ed esplode in una supernova. Le stelle più pesanti dopo l’esplosione lasciano dietro di loro i buchi neri. Le più leggere invece diventano stelle di neutroni. 

Gli scienziati ritengono che le stelle di neutroni siano stratificate. Nel dettaglio, la loro superficie sarebbe composta da una sottile atmosfera di atomi di idrogeno o di elio e la parte interna sarebbe formata da atomi più pesanti. Nella crosta, il rapido aumento della pressione elimina gli elettroni dai nuclei atomici. Più in basso, nel nucleo esterno, i nuclei si dividono in neutroni e protoni. Ma che forma assume la materia nel cuore del nucleo? Per rispondere questa domanda gli astronomi hanno bisogno di misurazioni precise sia delle dimensioni sia delle masse di questi oggetti. Ciò consente loro di calcolare la relazione tra pressione e densità nel nucleo interno della stella e di valutare il tasso di comprimibilità della materia.

Per ottenere le informazioni necessarie, Nicer punta i suoi occhi sulle pulsar la cui superficie è costellata di punti caldi e luminosi che emettono raggi X. Quando le pulsar ruotano, questi punti producono variazioni regolari nella loro brillantezza. Ma le pulsar sono anche così dense che la loro gravità si deforma nello spazio-tempo vicino. Questa distorsione è abbastanza forte da far sì che la luce dal lato più lontano della stella – che altrimenti non potremmo rilevare – venga reindirizzata verso di noi. Questo processo fa sembrare la pulsar più grande di quanto non sia in realtà. In alcuni casi l’effetto può essere così intenso da impedire ai punti caldi di scomparire completamente mentre ruotano attorno alla pulsar.

Tracciando come varia la luminosità dei raggi X della pulsar mentre gira, gli scienziati possono ricostruire quanto si distorce lo spazio-tempo. Poiché conoscono la massa della pulsar, possono tradurre questa distorsione in una dimensione precisa. Due team hanno utilizzato approcci diversi per modellare le dimensioni di J0740. Un gruppo, guidato da Thomas Riley e Anna Watts dell’Università di Amsterdam, stima che la pulsar abbia un diametro di circa 24,8 chilometri. L’altro gruppo, guidato da Cole Miller dell’Università del Maryland, ha scoperto che J0740 è larga circa 27,4 chilometri.

Oltre a testare i limiti della materia, le stelle di neutroni offrono anche un nuovo mezzo per esplorare lo spazio. Nel 2018, un team di scienziati e ingegneri della Nasa ha utilizzato Nicer per dimostrare per la prima volta la navigazione ‘guidata’ dalle pulsar – un sistema che potrebbe rivoluzionare la nostra capacità di pilotare veicoli spaziali robotici fino ai confini del Sistema Solare e oltre. Nicer  inoltre ha recentemente scoperto inaspettati picchi di raggi X nelle esplosioni radio della pulsar nel cuore della Nebulosa del Granchio

«Nicer è stato una grande compagno di equipaggio –  ha detto l’astronauta della Nasa Christina Koch, impegnata in una missione sulla Iss da marzo 2019 a febbraio 2020 –  lo strumento è in grado di fornire dei risultati concreti grazie all’ambiente unico, un laboratorio orbitante, in cui si trova ad operare».

 

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