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Scoperta la magnetar più potente della Galassia

28-29 magnetar - particolare
• di Marco Massa, presidente dell'Associazione Astrofili Sardi

 

Gli scienziati che utilizzano il telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA hanno trovato una stella con uno dei campi magnetici più grandi mai scoperti nella nostra galassia. L’oggetto, denominato SGR 0418 5729, è una magnetar, nome che deriva dalla contrazione delle parole inglesi magnetic e star. Trattasi di un particolare tipo di stella di neutroni di cui andremo a discutere nel seguito.
1-Origine delle stelle di neutroni
Le stelle simili al nostro Sole, al termine del ciclo vitale, si trasformano in nane bianche. Le stelle con massa superiore a otto masse solari sono soggette alla seguente evoluzione. Durante la maggior parte della vita, la stella passa il suo tempo a trasformare l'idrogeno del suo nucleo in elio, con reazioni termonucleari che generano energia sufficiente a controbilanciare la contrazione gravitazionale, alla temperatura di circa 15 milioni di gradi. Poi, terminato l’idrogeno, la stella si contrae sotto il peso degli strati superiori e nel suo nucleo aumentano, di conseguenza, la pressione e la temperatura, a valori tali da innescare la fusione che trasforma l’elio in carbonio ed il carbonio in ossigeno. Finito l’elio, la contrazione della stella prosegue ancora perciò, quando si raggiunge la temperatura di 600 milioni di gradi, i nuclei vanno a compenetrarsi fabbricando neon e magnesio. A un miliardo e mezzo di gradi fonde l’ossigeno, generando tutta una serie di nuclei più pesanti: zolfo, silicio e fosforo. A tre miliardi di gradi il silicio scatena centinaia di reazioni nucleari dando origine a nuclei sempre più pesanti, fino ad arrivare alla formazione dei nuclei del ferro. Il nucleo del ferro è costituito da 56 protoni e neutroni e sono talmente saldati tra loro che non è più possibile strappare loro altra energia di fusione e la stella, riaggiusta il proprio equilibrio, espandendosi all’esterno e dando origine a una super gigante rossa del diametro di circa 1 miliardo di chilometri. Il nucleo della stella, costituito ormai solo da ferro, non produce più energia di fusione, perciò è sottoposto a una pressione sempre crescente da parte degli strati superiori della stella stessa ed ha un improvviso e violento collasso che porta la temperatura interna a cinque miliardi di gradi. I fotoni generati hanno tanta energia da far esplodere i nuclei di ferro riducendoli in un insieme caotico di nuclei d’elio. E’ questo il fenomeno della fotodisintegrazione che comporta la disintegrazione dei nuclei nei loro costituenti elementari: protoni e neutroni. In queste condizioni di elevatissima temperatura e pressione, gli elettroni degli strati esterni sono compressi e spinti all’interno del nucleo della stella fondendosi con i protoni. Le loro cariche elettriche si neutralizzano dando origine a un nucleo stellare di soli neutroni super compressi. Venendo a mancare i protoni e gli elettroni, il “volume di occupazione” dei neutroni diviene molto più piccolo perché nulla ormai impedisce che i neutroni arrivino a toccarsi. La neutronizzazione comporta una velocissima implosione della materia che porta la densità del nucleo della stella a un valore tale che, se fosse possibile riempire un ditale da cucito con tali neutroni, peserebbe cento milioni di tonnellate. In seguito all’implosione del nucleo della stella, gli strati esterni precipitano sul nucleo alla velocità di 40.000 km/sec e sbattendo, su una superficie incredibilmente dura, rimbalzano di colpo generando un’onda d’urto. Le condizioni di temperatura e pressione sono tali che l'ossigeno, il carbonio, l'elio e l'idrogeno, che si trovano stratificati esternamente al nucleo “bruciano” contemporaneamente. Avviene un’apocalittica esplosione con l’onda d’urto che trasporta un’energia gigantesca verso l’esterno della stella.  Gli strati stellari sono proiettati nello spazio con velocità di decine di migliaia di chilometri al secondo. Appare una supernova. L'energia sviluppata è tanta che, per qualche settimana, la supernova splende come alcuni miliardi di stelle normali, poi si affievolisce e nel tempo di qualche anno scompare. Resta, nel luogo dell'esplosione, una massa informe di gas roventi in espansione, e al centro una fioca stella che è tutto quel che rimane della supernova. La stella collassata si è ridotta ormai a un globo minuscolo di 15 chilometri di diametro che contiene, dentro di sé, tanta materia quanto due o tre masse solari. E’ nata una stella di neutroni circondata da una sottilissima atmosfera di gas residui. La teoria prevede che la stella di neutroni acquisti una velocità di rotazione su se stessa elevatissima per effetto della conservazione del momento angolare durante il collasso, per cui, raccogliendosi la massa della stella intorno all’asse di rotazione, aumenta la velocità con cui gira intorno a se stessa, come succede con i pattinatori che sfruttano la stessa legge fisica quando, per aumentare la velocità di rotazione, raccolgono le braccia lungo il corpo.
Anche il campo magnetico della stella originale, che era distribuito su una superficie enorme, per effetto della contrazione diventa intensissimo.
2-Le Magnetar
Gli astrofisici Duncan e Thompson, già venti anni fa, avevano immaginato l’esistenza di stelle di neutroni con campi magnetici ancora più intensi, le magnetar. Secondo i due scienziati la presenza di stelle con campi magnetici potentissimi poteva essere all’origine di alcune violente esplosioni cosmiche che avvengono nella Galassia, così intense da disturbare perfino le telecomunicazioni terrestri pur avendo luogo a migliaia di anni luce dal nostro pianeta. Ora alcuni scienziati italiani dell’Istituto Nazionale di Astrofisica sono riusciti a misurare il campo magnetico di questi oggetti celesti analizzando le emissioni di raggi X della magnetar SGR 0418+5729, distante 6.500 anni luce, grazie a osservazioni effettuate con il telescopio spaziale XMM-Newton. Analizzando la frequenza dei raggi X, i ricercatori hanno ricavato la velocità con cui le particelle si muovono all’interno del campo magnetico, fattore molto importante perché è direttamente proporzionale all’intensità del campo magnetico. La misurazione ha dimostrato l’esistenza sulla superficie della stella di una regione con un campo magnetico più intenso rispetto a quello complessivo della magnetar. Quest’aspetto è fondamentale, perché proprio la presenza di più campi magnetici di diversa intensità nella stessa stella, è ritenuta una delle principali cause delle esplosioni cosmiche.  In particolare, gli astrofisici italiani hanno identificato una piccola zona sulla superficie della magnetar con un campo magnetico di straordinaria intensità, pari a un milione di miliardi di Gauss. Per avere un’idea della sua potenza basti pensare che la Terra ha un campo magnetico inferiore a 1 Gauss.
3-Stellemoti
Così come sulla Terra le onde sismiche prodotte dai terremoti forniscono un metodo d’indagine indiretta sulla struttura delle parti più profonde del nostro pianeta, allo stesso modo, gli effetti di stellemoti osservati su stelle di neutroni dotate di fortissimo campo magnetico, possono aiutare a far luce sulla loro composizione interna. Le stelle di neutroni, e in particolare le magnetar, rappresentano un laboratorio naturale ideale per comprendere come la materia si comporti in condizioni estreme. Alcuni ricercatori hanno preso in considerazione giganteschi lampi provenienti da magnetar osservati in passato. Queste emissioni in raggi X e gamma scaturiscono da oscillazioni magneto-elastiche della stella, “stellemoti”, che avvengono presumibilmente quando la crosta esterna si spacca e sprofonda nello strato interno. Nel corso di tale fenomeno l’emissione di raggi gamma e X è modulata in differenti frequenze che, come in un sismogramma, sono usate dai ricercatori per capire com’è fatto l’interno della stella. I ricercatori hanno sviluppato un nuovo modello di magnetar; si ritiene che la superficie di queste stelle sia costituita da una specie di crosta dello spessore di circa un chilometro in cui i nuclei sono disposti in un reticolo cristallino, immersi in un “mare” di elettroni. In profondità le condizioni estreme di densità, pressione, temperatura, magnetismo e gravità farebbero sì che la materia di cui è composta la stella, per lo più neutroni, può assumere forme strane e inedite come la superfluidità in cui non esiste attrito fra le particelle, non c’è viscosità e la conducibilità elettrica tende all’infinito.

L'universo è pieno di oggetti strani e incredibili, ma un posto speciale è sicuramente occupato dalle magnetar!


(Vulcano n° 79)

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