Astronomia e astrofisica 101: stella di neutroni

Astronomia e astrofisica: stella di neutroni

Astronomia e astrofisica: Che cos’è una stella di neutroni?

Le stelle di neutroni sono i resti estremamente densi di stelle supermassicce esplose come supernovae.


L’evoluzione e il destino finale di una stella dipendono in gran parte dalla sua massa. Tutte le stelle supermassicce – stelle con una massa iniziale superiore a circa otto volte quella del Sole – hanno la capacità di trasformarsi in stelle di neutroni. Quando una stella supermassiccia inizia a morire, forma una supergigante rossa. Successivamente, queste stelle si evolvono in nane bianche o esplodono come supernove. Se ciò che rimane del nucleo della stella dopo l’esplosione della supernova ha una massa inferiore a circa tre volte la massa del Sole, allora si forma una stella di neutroni (se il resto è più massiccio, collasserà in un buco nero).

Le stelle di neutroni sono incredibilmente dense. Hanno una massa superiore a quella dell’intero Sole, ma sono racchiuse in un raggio di soli 10 chilometri. Un solo “cucchiaino” di una stella di neutroni avrebbe una massa di circa mille miliardi di chilogrammi. Le stelle di neutroni sono così chiamate perché sono composte principalmente da neutroni, poiché la maggior parte dei protoni e degli elettroni si sono combinati per formare neutroni in condizioni di estrema densità. Anche se non generano attivamente calore attraverso la fusione nucleare, le stelle di neutroni sono incredibilmente calde, con temperature di gran lunga superiori a quelle delle stelle normali.

Astronomia e astrofisica: dalla supernova alla kilonova

Nel 1997 Hubble ha fornito il primo sguardo diretto, in luce visibile, a una stella di neutroni isolata. I risultati del telescopio hanno mostrato che la stella è molto calda (670.000 gradi Celsius / 1.200.000 gradi Fahrenheit in superficie) e non può essere più grande di 28 chilometri (17 miglia) di diametro. Questi risultati hanno dimostrato che l’oggetto deve essere una stella di neutroni, perché nessun altro tipo di oggetto conosciuto può essere così caldo, piccolo e poco luminoso.

Credito: ESA/Hubble, NASA, ESA e B. Posselt (Pennsylvania State University)

Nel 2017 il telescopio ha anche osservato per la prima volta la sorgente di onde gravitazionali create dalla fusione di due stelle di neutroni. Questa fusione ha dato origine a un evento noto come kilonova, previsto dalla teoria già decenni fa, che provoca l’espulsione nello spazio di elementi pesanti come l’oro e il platino. Questo evento ha anche fornito la prova più forte fino ad oggi che i lampi di raggi gamma di breve durata sono causati da fusioni di stelle di neutroni. Prima di questa scoperta, era stato difficile collegare le kilonovae e i brevi gamma-ray burst alle fusioni di stelle di neutroni, ma la moltitudine di osservazioni dettagliate successive alla rilevazione dell’evento di onde gravitazionali – comprese quelle di Hubble – ha finalmente verificato queste connessioni.

Nel maggio del 2020, la luce del bagliore di una kilonova causata dalla fusione di due stelle di neutroni ha raggiunto la Terra. Hubble è stato poi utilizzato per studiare le conseguenze dell’esplosione e la galassia ospite, scoprendo che l’emissione nel vicino infrarosso era 10 volte più luminosa di quanto previsto. Questi risultati hanno messo in discussione le teorie convenzionali su ciò che accade in seguito a una breve esplosione di raggi gamma.

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