Non capiamo veramente le stelle di neutroni. Oh, sappiamo che loro sono – sono i resti di alcune delle stelle più massicce dell'universo – ma rivelare il loro funzionamento interno è un po' complicato, perché la fisica che li tiene in vita è solo poco conosciuta.

Ma ogni tanto due stelle di neutroni si scontrano, e quando lo fanno, tendono a esplodere, vomitando le loro viscere quantistiche in tutto lo spazio. A seconda della struttura interna e della composizione delle stelle di neutroni, l'"ejecta" (il termine scientifico educato per il vomito di proiettili astronomici) sembrerà diverso a noi osservatori terrestri, dandoci un modo grossolano ma potenzialmente potente per capire queste creature esotiche.

Torrone Stella di Neutroni

Come avrai intuito, le stelle di neutroni sono fatte di neutroni. Bene, soprattutto. Hanno anche dei protoni che nuotano al loro interno, che è importante per dopo, quindi spero che te lo ricordi.

Le stelle di neutroni sono i nuclei rimanenti di alcune stelle davvero grandi. Quando quelle stelle giganti si avvicinano alla fine della loro vita, iniziano a fondere elementi più leggeri in ferro e nichel. Il peso gravitazionale del resto della stella continua a frantumare insieme quegli atomi, ma quelle reazioni di fusione non producono più energia in eccesso, il che significa che nulla impedisce alla stella di continuare a crollare disastrosamente su se stessa.

Nel nucleo, le pressioni e le densità diventano così estreme che gli elettroni casuali vengono spinti all'interno dei protoni, trasformandoli in neutroni. Una volta completato questo processo (che richiede meno di una dozzina di minuti) questa gigantesca palla di neutroni ha finalmente i mezzi per resistere a un ulteriore collasso. Il resto della stella rimbalza su quel nucleo appena forgiato e esplode in una bellissima esplosione di supernova, lasciando dietro di sé il nucleo:la stella di neutroni.

Spirali del destino

Quindi come ho detto, le stelle di neutroni sono sfere giganti di neutroni, con tonnellate di materiale (poco sole!) stipato in un volume non più grande di una città. Come puoi immaginare, gli interni di queste creature esotiche sono strani, misterioso, e complesso.

I neutroni si raggruppano in strati e formano piccole strutture? Gli interni profondi sono una densa zuppa di neutroni che diventano sempre più strani man mano che vai in profondità? Lascia il posto a cose ancora più strane? Che dire della natura della crosta, lo strato più esterno di elettroni impacchettati?

Ci sono molte domande senza risposta quando si tratta di stelle di neutroni. Ma per fortuna, la natura ci ha dato modo di sbirciare dentro di loro.

Piccolo inconveniente:dobbiamo aspettare che due stelle di neutroni si scontrino prima di avere la possibilità di vedere di cosa sono fatte. Ricordi GW170817? In realtà lo fai:è stata la grande scoperta delle onde gravitazionali emanate da due stelle di neutroni in collisione, insieme a una serie di osservazioni di follow-up del telescopio a fuoco rapido attraverso lo spettro elettromagnetico.

Tutte queste osservazioni simultanee ci hanno dato il quadro più completo mai visto delle cosiddette kilonova, o potenti esplosioni di energia e radiazioni da questi eventi estremi. Il particolare episodio di GW170817 è stato l'unico mai catturato con rilevatori di onde gravitazionali, ma certamente non l'unico ad accadere nell'universo.

Una speranza di neutroni

Quando le stelle di neutroni si scontrano, le cose si complicano molto velocemente. Ciò che rende le cose particolarmente disordinate è la piccola popolazione di protoni in agguato all'interno della stella di neutroni per lo più di neutroni. A causa della loro carica positiva e della rotazione super veloce della stella stessa, sono in grado di creare un campo magnetico incredibilmente forte (in alcuni casi i campi magnetici più potenti dell'intero universo) e quei campi magnetici fanno dei giochi malvagi.

All'indomani della collisione di una stella di neutroni, i brandelli resti delle stelle morte continuano a vorticare l'uno intorno all'altro in rapida orbita, con alcune delle loro viscere che si espandono in un'onda d'urto titanica, alimentato dall'energia dello schianto.

Il rimanente materiale vorticoso forma rapidamente un disco, con quel disco attraversato da forti campi magnetici. E quando forti campi magnetici si trovano all'interno di dischi in rapida rotazione, iniziano a ripiegarsi su se stessi e ad amplificarsi, diventando ancora più forte. Attraverso un processo non del tutto compreso (perché la fisica, come lo scenario, diventa un po' disordinato) questi campi magnetici si avvolgono vicino al centro del disco e incanalano il materiale fuori e lontano dal sistema del tutto:un getto.

I getti, uno per ogni polo, esplodere verso l'esterno, portando radiazioni e particelle lontano dall'incidente automobilistico cosmico. In un recente documento, ricercato ha studiato la formazione e la durata del getto, osservando con particolare attenzione quanto tempo impiega un getto a formarsi dopo la collisione iniziale. Si scopre che i dettagli del meccanismo di lancio del jet dipendono dal contenuto interno delle stelle di neutroni originali:se si cambia il modo in cui sono strutturate le stelle di neutroni, ottieni storie di collisione diverse e firme diverse nelle proprietà dei getti.

Con osservazioni più raccapriccianti di chilonova potremmo ancora essere in grado di discernere alcuni di questi modelli, e scopri cosa fa davvero ticchettare le stelle di neutroni.