I tre moschettieri: XMM-Newton e le stelle di neutroni

XMM-Newton
28 Aprile 2005

INTERVISTA 15-2005. L’astrofisica moderna ci ha abituato a fare i conti con veri e propri mostri cosmici come i buchi neri o le stelle di neutroni. E proprio di stelle di neutroni si è tornati a parlare in questi giorni, grazie al telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA. Innanzi tutto, che cosa sono le stelle di neutroni?

La materia ordinaria è costituita da atomi, composti a loro volta da un nucleo di protoni e neutroni e da una nuvola di elettroni di carica elettrica di segno opposto alla carica dei protoni del nucleo. Nelle zone centrali di una stella come il Sole, che è una stella molto comune, le condizioni di densità e temperatura sono tali che i nuclei atomici sono slegati dagli elettroni. Se vogliamo immaginare la situazione, possiamo pensare a nuclei atomici “immersi” in un mare di elettroni di altissima energia.

Una stella di neutroni nasce come prodotto della morte di una stella di massa 10-20 volte quella del Sole. Nel corso della vita di una stella di questo genere, la densità del nucleo stellare aumenta fin quando gli elettroni acquistano un’energia sufficiente per penetrare dentro un protone. Quando questo accade, nelle fasi ultime della vita stellare, inizia un processo di “neutronizzazione”: i protoni vengono cioè trasformati in neutroni. Tecnicamente questa reazione nucleare è detta “decadimento beta inverso”. Quando il fenomeno è completato, “nasce” una stella di neutroni.

Si tratta, in sintesi, di un corpo celeste formato da neutroni liberi ad altissima densità. In genere hanno una massa di circa 1.5 volte quella del nostro Sole, ma racchiusa in un diametro di poche decine di km, circa diecimila volte più piccolo di quello del Sole stesso.

Stella di neutroni "PSR B1055-52"

Nei giorni scorsi, un team di ricercatori italiani, ha messo in evidenza che le stelle di neutroni hanno una struttura ancora più complessa di quel che pensavamo. Che cosa hanno scoperto?

La loro analisi ha riguardato tre specifiche stelle di neutroni isolate, note nella comunità astronomica come “i tre moschettieri”, che si trovano a 500, 800 e 1000 anni-luce dalla Terra. Si chiamano, rispettivamente, Geminga, PSR B0656-14 e PSR B1055-52.

I ricercatori italiani delll’Istituto Nazionale di Astrofisica, in collaborazione con il CNES di Tolosa e l’Università di Pavia, hanno utilizzato dati di XMM-Newton per mettere in evidenza che sulla superficie delle tre stelle di neutroni esistono delle zone più calde di altre e più luminose, che non erano mai state osservate prima.

Le stelle di neutroni, infatti, hanno una temperatura superficiale sui 500 000 – 700 000 gradi (celsius). Le zone identificate sulla superficie delle tre stelle di neutroni studiate arrivano a temperature di oltre un milioni di gradi.

Stella di neutroni "Geminga"

Ma che cosa cambia questa scoperta nella visione del cosmo?

Queste zone ruotano insieme alla stella stessa. La loro variabilità durante la rotazione ci indica che le stelle di neutroni sono ancora più complesse di quel che pensavamo: non solo campi magnetici milioni di volte maggiori di quelli terrestri, non solo un periodi di rotazione che possono essere frazioni di secondo, ma anche una struttura termica e geometrica tutta da studiare.

Insomma, se è sempre vero che “visto da vicino nessuno è normale”, per questi singolarissimi corpi celesti sembra essere ancora più azzeccato.

Tanto più che gli “hot spot” identificati sono davvero di dimensioni ridotte: da un centinaio di metri a circa un km. Si sta quindi parlando di un campo da calcio su una superficie di qualche decina di km di diametro distante da noi, nel caso della stella di neutroni più vicina, 500 anni-luce. Corrisponde all’aver identificato una capocchia di spillo a una distanza maggiore di 10 volte il diametro del sistema solare.

Attenzione però: sto usando il verbo “identificare” non “vedere”. Gli hot spot non sono stati “visti” in senso stretto; non possiamo farne fotografie. Si tratta invece di una identificazione che è stata consentita dall’analisi spettrale della luce che proviene dalle stelle di neutroni, e che indica che esistono, appunto, zone più calde che ruotano insieme alla stella stessa.

Geometria di Geminga

In questi giorni si festeggiano i 15 anni di lancio del Telescopio spaziale Hubble, lanciato dallo Space Shuttle Discovery il 24 aprile 1990. Che contributo ha dato allo studio delle stelle di neutroni?

Le stelle di neutroni sono state osservate per la prima volta attraverso osservazioni nella banda radio. Successivamente sono state studiate anche ad alte frequenze, come abbiamo appena visto nel caso di Xmm-Newton, che è sensibile ai raggi X.

Nel 1997 , per la prima volta, il Telescopio Hubble, che raccoglie soprattutto luce visibile, ha identificato per la prima volta una stella di neutroni isolata. Questa identificazione ha permesso agli scienziati di in modo molto preciso la posizione della stella di neutroni, consentendone poi la ricerca e lo studio da parte di molti altri telescopi.

In 15 anni di attività il Telescopio Spaziale Hubble, un’impresa NASA/ESA, ha osservato oltre 22 000 corpi celesti e sono stati pubblicati oltre 4000 articoli da parte di 3900 astronomi di tutto il mondo.

Nota:

Le interviste

Dal maggio 2000, con cadenza settimanale, RAI NEWS 24 - canale televisivo digitale della RAI dedicato all'aggiornamento in tempo reale - riserva all'ESA uno spazio di approfondimento di 5 minuti: un'intervista su una notizia di attualità legata alle attività nello spazio.

I servizi vengono ritrasmessi ulteriormente su RAI International e RAI 3. Si va dagli approfondimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, alle scoperte scientifiche dei satelliti dedicati all'astronomia, alle applicazioni concrete legate alle osservazioni della Terra dallo spazio.

Il giornalista della Rai, Lorenzo di Las Plassas, passa cinque minuti con il rappresentante dell'ESA, Stefano Sandrelli, per dare un'idea dell'argomento e per approfondirne un aspetto, in modo che, leggendo di seguito le interviste relative a uno stesso settore se ne abbia uno spaccato sempre più ampio, venendo a conoscenza di cose sempre nuove.

Per ulteriori informazioni, rivolgersi a: Simonetta.Cheli@esa.int.

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