Non capiamo davvero le stelle di neutroni. Oh, sappiamo che loro siamo - sono i resti rimanenti di alcune delle stelle più massicce dell'universo - ma rivelare il loro funzionamento interiore è un po 'complicato, perché la fisica che li tiene in vita è capita solo male.
Ma ogni tanto due stelle di neutroni si rompono insieme e quando lo fanno tendono a esplodere, sputando le loro viscere quantiche 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) apparirà diverso da noi osservatori legati alla Terra, dandoci un modo grossolano ma potenzialmente potente per comprendere queste creature esotiche.
Neutron Star Nougat
Come avrete intuito, le stelle di neutroni sono fatte di neutroni. Bene, soprattutto. Hanno anche alcuni protoni che nuotano al loro interno, il che è importante per dopo, quindi spero che te lo ricordi.
Le stelle di neutroni sono i nuclei rimanenti di alcune stelle veramente 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 distruggere quegli atomi, ma quelle reazioni di fusione non producono più energia in eccesso, il che significa che nulla impedisce alla stella di continuare a collassare 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 sfera di neutroni ha finalmente il mezzo per resistere a un ulteriore collasso. Il resto della stella rimbalza su quel nucleo appena forgiato e esplode in una bellissima esplosione di supernova, lasciandosi alle spalle il nucleo: la stella di neutroni.
Spirali di sventura
Quindi, come ho detto, le stelle di neutroni sono sfere giganti di neutroni, con tonnellate di materiale (vale la pena qualche sole!) Stipate in un volume non più grande di una città. Come puoi immaginare, gli interni di queste creature esotiche sono strani, misteriosi e complessi.
I neutroni si raggruppano in strati e formano piccole strutture? Gli interni profondi sono una densa zuppa di neutroni che diventano sempre più strani e più in profondità si va? Questo lascia il posto a cose ancora più strane? Che dire della natura della crosta - lo strato più esterno di elettroni imballati?
Ci sono molte domande senza risposta quando si tratta di stelle di neutroni. Ma per fortuna, la natura ci ha dato un modo di scrutare al loro interno.
Piccolo inconveniente: dobbiamo aspettare che due stelle di neutroni si scontrino prima di avere la possibilità di vedere di cosa sono fatte. Ti ricordi GW170817? In realtà lo fai - è stata la grande scoperta delle onde gravitazionali che emanano da due stelle di neutroni in collisione, insieme a una miriade di osservazioni di follow-up del telescopio a fuoco rapido attraverso lo spettro elettromagnetico.
Tutte queste osservazioni simultanee ci hanno fornito il quadro più completo finora del cosiddetto kilonovaso potenti esplosioni di energia e radiazioni da questi eventi estremi. L'episodio particolare di GW170817 è stato l'unico mai catturato dai rivelatori di onde gravitazionali, ma certamente non è l'unico che si è verificato nell'universo.
Una speranza di neutroni
Quando le stelle di neutroni si scontrano, le cose si sporcano 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 neutronica. A causa della loro carica positiva e della rotazione superveloce 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 svolgono alcuni giochi malvagi.
All'indomani di una collisione di stelle di neutroni, i resti a brandelli delle stelle morte continuano a turbinare l'una attorno all'altra in rapida orbita, con alcune delle loro viscere che si espandono in un'ondata titanica, alimentata dall'energia dello schianto.
Il materiale vorticoso rimanente forma rapidamente un disco, con quel disco filettato da forti campi magnetici. E quando forti campi magnetici si trovano all'interno di dischi a rotazione rapida, iniziano a piegarsi su se stessi e ad amplificarsi, diventando ancora più forti. Attraverso un processo non del tutto compreso (perché la fisica, come lo scenario, diventa un po 'confusa) questi campi magnetici si avvolgono vicino al centro del disco e incanalano il materiale fuori e lontano dal sistema: un getto.
I getti, uno su ciascun polo, esplodono verso l'esterno, portando radiazioni e particelle lontano dall'incidente automobilistico cosmico. In un recente articolo, le ricerche hanno 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 modifica la struttura delle stelle di neutroni, si ottengono differenze nelle storie di collisione e diverse firme nelle proprietà dei getti.
Con osservazioni più raccapriccianti di kilonova potremmo ancora essere in grado di discernere alcuni di questi modelli e imparare ciò che rende le stelle di neutroni davvero tick.
Per saperne di più: "Deflussi di jet-bozzolo dalle fusioni di stelle di neutroni: struttura, curve di luce e fisica fondamentale"
