I modelli di superficie per diverse modalità torsionali. clicca per ingrandire
Una massiccia esplosione sulla superficie di una stella di neutroni ha dato agli astronomi l'opportunità di scrutare all'interno della sua superficie, in modo simile a come i geologi comprendono la struttura della Terra sotto i nostri piedi. L'esplosione colpì la stella di neutroni e la fece suonare come una campana. Le vibrazioni sono quindi passate attraverso strati di diversa densità - granulosa o solida - cambiando via i raggi X. Gli astronomi hanno calcolato che ha una crosta più spessa profonda circa 1,6 km (1 miglio), corrispondente alle stime teoriche.
Un team di scienziati statunitensi e tedeschi del Max Planck Institute for Astrophysics e della NASA hanno utilizzato il Rossi X-ray Timing Explorer della NASA per stimare la profondità della crosta su una stella di neutroni, l'oggetto più denso conosciuto nell'universo. La crosta, dicono, è profonda circa 1,6 chilometri e così fitta che un cucchiaino di questo materiale peserebbe circa 10 milioni di tonnellate sulla Terra.
Questa misurazione, la prima nel suo genere, è stata gentilmente concessa da una massiccia esplosione su una stella di neutroni nel dicembre 2004. Le vibrazioni dell'esplosione hanno rivelato dettagli sulla composizione della stella. La tecnica è analoga alla sismologia, lo studio delle onde sismiche da terremoti ed esplosioni, che rivelano la struttura della crosta terrestre e degli interni.
Questa nuova tecnica sismologica fornisce un modo per sondare l'interno di una stella di neutroni, un luogo di grande mistero e speculazione. La pressione e la densità sono così intense qui che il nucleo potrebbe ospitare particelle esotiche che si pensava esistessero solo al momento del Big Bang.
La dott.ssa Anna Watts, del Max Planck Institute for Astrophysics di Garching, ha condotto questa ricerca in collaborazione con il dott. Tod Strohmayer del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.
"Pensiamo che questa esplosione, la più grande del suo genere mai osservata, abbia scosso davvero la stella e abbia letteralmente iniziato a suonare come una campana", ha detto Strohmayer. “Le vibrazioni create nell'esplosione, sebbene deboli, forniscono indizi molto specifici su cosa sono fatti questi bizzarri oggetti. Proprio come una campana, l'anello di una stella di neutroni dipende da come le onde attraversano strati di diversa densità, sia fangosi che solidi ".
Una stella di neutroni è il nucleo centrale di una stella una volta molte volte più massiccia del sole. Una stella di neutroni contiene circa 1,4 masse solari di materiale stipato in una sfera di circa 20 chilometri di diametro. I due scienziati hanno esaminato una stella di neutroni di nome SGR 1806-20, che si trova a circa 40.000 anni luce dalla Terra nella costellazione del Sagittario. L'oggetto si trova in una sottoclasse di stelle di neutroni altamente magnetiche chiamate magnetar.
Il 27 dicembre 2004, la superficie di SGR 1806-20 ha subito un'esplosione senza precedenti, l'evento più luminoso mai visto oltre il nostro sistema solare. L'esplosione, chiamata iperflare, è stata causata da un improvviso cambiamento nel potente campo magnetico della stella che ha spezzato la crosta, probabilmente producendo un enorme terremoto. L'evento è stato rilevato da molti osservatori spaziali, tra cui Rossi Explorer, che hanno osservato la luce a raggi X emessa.
Strohmayer e Watts pensano che le oscillazioni siano la prova di vibrazioni torsionali globali all'interno della crosta della stella. Queste vibrazioni sono analoghe alle onde S osservate durante i terremoti terrestri, come un'onda che si muove attraverso una corda. Il loro studio, basato sulle osservazioni delle vibrazioni provenienti da questa fonte dal Dr. GianLuca Israel dell'Istituto nazionale di astrofisica italiano, ha trovato diverse nuove frequenze durante l'iperflare.
Watts e Strohmayer hanno successivamente confermato le loro misurazioni utilizzando l'imaging spettroscopico solare Ramaty ad alta energia della NASA, un osservatorio solare che registrava anche l'iperflare e ha trovato le prime prove di un'oscillazione ad alta frequenza a 625 Hz, indicativa di onde che attraversano la crosta in verticale.
L'abbondanza di frequenze - simile a un accordo, in contrapposizione a una singola nota - ha permesso agli scienziati di stimare la profondità della crosta di stelle di neutroni. Questo si basa sul confronto delle frequenze delle onde che viaggiano intorno alla crosta della stella e di quelle che viaggiano radialmente attraverso di essa. Il diametro di una stella di neutroni è incerto, ma in base alla stima di circa 20 chilometri di diametro, la crosta sarebbe profonda circa 1,6 chilometri. Questa cifra, basata sulle frequenze osservate, è in linea con le stime teoriche.
La sismologia di Starquake è molto promettente per determinare molte proprietà delle stelle di neutroni. Strohmayer e Watts hanno analizzato i dati di Rossi archiviati da un dimagrante magnetar hyperflare del 1998 (da SGR 1900 + 14) e hanno trovato anche oscillazioni rivelatrici qui, anche se non abbastanza forti da determinare lo spessore della crosta.
Una più grande esplosione di stelle di neutroni rilevata dai raggi X potrebbe rivelare segreti più profondi, come la natura della materia nel nucleo della stella. Una possibilità eccitante è che il core potrebbe contenere quark gratuiti. I quark sono i mattoni di protoni e neutroni e in condizioni normali sono sempre strettamente legati insieme. Trovare prove per quark gratuiti aiuterebbe a comprendere la vera natura della materia e dell'energia. I laboratori sulla Terra, inclusi enormi acceleratori di particelle, non possono generare le energie necessarie per rivelare quark liberi.
"Le stelle di neutroni sono ottimi laboratori per lo studio della fisica estrema", ha detto Watts. "Ci piacerebbe essere in grado di aprirne uno, ma dal momento che probabilmente non accadrà, osservare gli effetti di un hyperflare magnetico su una stella di neutroni è forse la prossima cosa migliore."
Fonte originale: Max Planck Society
