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    Le stelle di neutroni potrebbero essere il nostro GPS per i viaggi nello spazio profondo

    Credito:NASA

    Esploratore della composizione interna delle stelle di neutroni della NASA, o PI PIACEVOLE, è un telescopio a raggi X lanciato su un razzo SpaceX Falcon 9 all'inizio di giugno 2017. Installato sulla Stazione Spaziale Internazionale, entro metà luglio inizierà il suo lavoro scientifico:studiare gli oggetti astrofisici esotici noti come stelle di neutroni ed esaminare se potrebbero essere utilizzati come fari di navigazione nello spazio profondo per le future generazioni di veicoli spaziali.

    Cosa sono le stelle di neutroni? Quando le stelle almeno otto volte più massicce del Sole esauriscono tutto il carburante nel loro nucleo attraverso reazioni di fusione termonucleare, la pressione di gravità li fa collassare. L'esplosione di supernova che ne risulta espelle la maggior parte del materiale della stella nei confini estremi dello spazio. Ciò che rimane forma una stella di neutroni o un buco nero.

    Studio le stelle di neutroni per la loro ricca gamma di fenomeni astrofisici e le molte aree della fisica a cui sono collegate. Ciò che rende le stelle di neutroni estremamente interessanti è che ogni stella è circa 1,5 volte la massa del Sole, ma solo circa 25 km di diametro, le dimensioni di una singola città. Quando stimi così tanta massa in un volume così piccolo, la materia è più densamente compatta di quella di un nucleo atomico. Così, Per esempio, mentre il nucleo di un atomo di elio ha solo due neutroni e due protoni, una stella di neutroni è essenzialmente un singolo nucleo composto da 10 57 neutroni e 10 56 protoni.

    Fisica esotica impossibile sulla Terra

    Possiamo usare le stelle di neutroni per sondare proprietà della fisica nucleare che non possono essere studiate nei laboratori sulla Terra. Per esempio, alcune teorie attuali prevedono che particelle esotiche di materia, come iperoni e quark deconfinati, può apparire alle alte densità che sono presenti nelle stelle di neutroni. Le teorie indicano anche che a temperature di un miliardo di gradi Celsius, i protoni nella stella di neutroni diventano superconduttori e i neutroni, senza addebito, diventare superfluido.

    Anche il campo magnetico delle stelle di neutroni è estremo, forse il più forte dell'universo, e miliardi di volte più forte di qualsiasi cosa creata nei laboratori. Mentre la gravità sulla superficie di una stella di neutroni potrebbe non essere così forte come quella vicino a un buco nero, le stelle di neutroni creano ancora importanti distorsioni nello spaziotempo e possono essere fonti di onde gravitazionali, che sono state dedotte dalla ricerca sulle stelle di neutroni negli anni '70, e confermato dai buchi neri dagli esperimenti LIGO di recente.

    L'obiettivo principale di NICER è misurare con precisione la massa e il raggio di diverse stelle di neutroni e, anche se il telescopio osserverà altri tipi di oggetti astronomici, quelli di noi che studiano le stelle di neutroni sperano che NICER ci fornisca informazioni uniche su questi affascinanti oggetti e sulla loro fisica. NICER misurerà come cambia la luminosità di una stella di neutroni in base alla sua energia, e come cambia mentre la stella ruota, rivelando diverse parti della superficie. Queste osservazioni saranno confrontate con modelli teorici basati su proprietà della stella come massa e raggio. Determinazioni accurate di massa e raggio forniranno un test vitale della teoria nucleare.

    Un GPS per lo spazio profondo

    Un altro aspetto delle stelle di neutroni che potrebbe rivelarsi importante per i futuri viaggi nello spazio è la loro rotazione, e anche questo sarà testato da NICER. Stelle di neutroni rotanti, noto come pulsar, emettono raggi di radiazioni come un faro e si vedono girare a una velocità di 716 volte al secondo. Questa velocità di rotazione in alcune stelle di neutroni è più stabile dei migliori orologi atomici che abbiamo sulla Terra. Infatti, è questa caratteristica delle stelle di neutroni che ha portato alla scoperta dei primi pianeti al di fuori del nostro sistema solare nel 1992:tre pianeti delle dimensioni della Terra che ruotano attorno a una stella di neutroni.

    La missione PIACEVOLE, utilizzando una parte del telescopio chiamata SESTANTE, testerà se la straordinaria regolarità e stabilità della rotazione delle stelle di neutroni potrebbe essere utilizzata come rete di segnali di navigazione nello spazio profondo. Le stelle di neutroni potrebbero quindi fungere da satelliti naturali che contribuiscono a un sistema di posizionamento galattico (piuttosto che globale) e potrebbero essere utilizzate da future navicelle spaziali con e senza equipaggio per navigare tra le stelle.

    NICER opererà per 18 mesi, ma si spera che la NASA continuerà a supportare la sua operazione in seguito, soprattutto se può raggiungere i suoi ambiziosi obiettivi scientifici. Lo spero anch'io, perché NICER combina e migliora notevolmente le inestimabili capacità del precedente veicolo spaziale a raggi X - RXTE, Chandra, e XMM-Newton, utilizzati per svelare i misteri delle stelle di neutroni e rivelare le proprietà della fisica fondamentale.

    La prima stella di neutroni, una pulsar, fu scoperto nel 1967 da Jocelyn Bell Burnell. Sarebbe opportuno ottenere una svolta sulle stelle di neutroni in questo 50° anniversario.

    Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.




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