Una stella di neutroni inizia la sua vita come una stella compresa tra circa 7 e 20 volte la massa del sole. Quando questo tipo di stella esaurisce il carburante, collassa sotto il suo stesso peso, schiacciando il suo nucleo e innescando un'esplosione di supernova. Ciò che rimane è una sfera ultra-densa delle dimensioni di una città, ma con una massa fino al doppio del sole schiacciata all'interno. Credito: Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab della NASA
Una stella gigante affronta diversi destini possibili quando muore in una supernova. Quella stella può essere completamente distrutta, diventare un buco neroo diventa a stella di neutroni. Il risultato dipende dalla massa della stella morente e da altri fattori, che determinano ciò che accade quando le stelle esplodono in una supernova.
Le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più densi del cosmo. Hanno in media solo circa 12 miglia di diametro, ma sono più densi del nostro sole, che è più di 72,000 volte più grande di una stella di neutroni. Le stelle di neutroni hanno preso il loro nome perché i loro nuclei hanno una gravità così potente che la maggior parte dei protoni caricati positivamente e degli elettroni caricati negativamente all'interno di queste stelle si combinano in neutroni non caricati.
Questa simulazione mostra la collisione di due stelle di neutroni densi. La collisione ha formato un buco nero orbitato da un vortice di gas magnetizzato. Parte della materia emerge in getti energetici e venti che creeranno elementi pesanti e lampi di luce. Credito: immagine per gentile concessione di A. Tchekhovskoy, R. Fernandez, D. Kasen
Le stelle di neutroni non producono nuovo calore. Tuttavia, sono incredibilmente caldi quando si formano e si raffreddano lentamente. Le stelle di neutroni che possiamo osservare hanno una media di circa 1.8 milioni di gradi Fahrenheit, rispetto a circa 9,900 gradi Fahrenheit per il Sole.
Le stelle di neutroni hanno un ruolo importante nell'universo. Ricerche recenti suggeriscono che le collisioni di stelle di neutroni sono una delle principali fonti dell'universo di elementi pesanti come l'oro e l'uranio. Il processo di creazione di nuovi nuclei atomici da protoni e neutroni preesistenti, che si verifichi durante una collisione di stelle di neutroni, una supernova, l'incendio di stelle o il Big Bang, si chiama nucleosintesi.
Fatti in pillole
- L'enorme densità di una stella di neutroni significa che un cucchiaino di materiale di una stella di neutroni peserebbe 10 milioni di tonnellate.
- A soli 12 miglia di diametro, una stella di neutroni si adatterebbe all'interno dei confini di Chicago.
- Le stelle di neutroni sono circondate da campi magnetici eccezionalmente forti.
- Le stelle di neutroni ruotano estremamente rapidamente a causa della conservazione del momento angolare.
- Molte stelle di neutroni vengono osservate attraverso onde radio periodiche (o pulsate) che emettono (queste sono chiamate pulsar).
- Le collisioni di stelle di neutroni non sono cosa da poco. L'evento rilascia l'equivalente di centinaia di milioni di volte l'energia del nostro Sole, distorcendo lo spaziotempo come onde gravitazionali.
DOE Office of Science: Contributi alla ricerca sulle stelle di neutroni
Il programma DOE Office of Science Nuclear Physics sostiene la ricerca in astrofisica nucleare. Questa disciplina scientifica ci aiuta a capire le stelle di neutroni e altri oggetti nel cosmo. Due centri di eccellenza DOE con sede nelle università, il Cyclotron Institute presso la Texas A&M University e il Triangle Universities Nuclear Laboratory, sono specializzati nello studio dell'astrofisica nucleare. Il DOE finanzia anche la ricerca sul Big Bang, le stelle, le supernovae e le fusioni di stelle di neutroni e il loro ruolo come fonti di elementi. Il programma di fisica nucleare presso il DOE Office of Science ha finanziato la ricerca che ha prodotto modelli di supercomputer di collisioni di stelle di neutroni. Il DOE supporta anche esperimenti al Jefferson Lab del DOE
che, misurando la distribuzione dei neutroni nei nuclei, ci parlano della fisica delle stelle di neutroni e delle proprietà della materia nucleare densa. Lo studio delle proprietà della materia nucleare densa e della materia ricca di neutroni è anche parte dello scopo del Impianto per fasci di isotopi rari e l'Argonne Tandem Linac Accelerator System, entrambe strutture per gli utenti dell'Office of Science del DOE.
