Si possono pesare le stelle? E come è possibile farlo? Risalire alla massa di oggetti così distanti nel cosmo non è semplice, specialmente per alcune categorie di astri molto particolari, come le pulsar, stelle compattissime (in un raggio di 20 chilometri contengono l’equivalente di tre Soli) e che ruotano velocemente su loro stesse emettendo onde radio.

Un team di fisici teorici capitanato dal professor Pierre Pizzochero, dell’Università Statale di Milano e associato all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ha escogitato un modo per stimare la massa di questi astri.

Per calcolare quanto ‘pesano’ le stelle normali si misura la loro luminosità: più è elevata, maggiore è la loro massa. Ma nel caso delle pulsar, che non emanano luce, questo metodo non si può applicare.

“L’unico modo, finora, era ricavare questo parametro con calcoli sulla forza di gravita esercitata reciprocamente da una coppia di stelle in un sistema binario, cioè due astri che orbitano uno intorno all’atro” dice a Panorama.it lo studioso del Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano.

“Noi abbiamo proposto un metodo alternativo, che permetterà di determinare la massa anche di stelle singole e che si basa sulle proprietà di superfluidi di neutroni, pubblicato sulla rivista Nature Astronomy: un grande risultato per chi si occupa di fisica teorica”.

Cosa sono le pulsar

Quando una stella molto grande, fino a sei volte il Sole, giunge alla fine del suo ciclo vitale perché ha bruciato tutto il combustibile che alimenta le reazioni nucleari che la fanno risplendere, esplode proiettando nello spazio i suoi strati più esterni.

Quel che rimane si condensa in una sfera del raggio di poche decine di chilometri, raggiungendo così una densità elevatissima: in uno spazio grande quanto una zolletta di zucchero si concentra l’equivalente di una montagna, vale a dire miliardi di tonnellate di materia.

E in queste estreme condizioni anche la materia collassa: i protoni e gli elettroni degli atomi si fondono trasformandosi in neutroni, che compongono quindi la totalità della massa stellare.

Non brillano dunque più, ma emettono radiazione elettromagnetica sotto forma di raggi X, gamma e onde radio, mentre girano velocemente intorno a loro stesse: se il fascio di onde punta nella direzione della Terra possiamo rilevarlo con appositi radiotelescopi a ogni rotazione, come se fosse un radiofaro.

Un fenomeno contro intuitivo

“Tutte le pulsar osservate coi radiotelescopi rallentano il loro ritmo di rotazione in maniera regolare perché perdono energia” dice Pizzochero “ma ogni tanto alcune manifestano una piccola rapida accelerazione: come se una trottola, che sta girando e rallenta gradualmente la sua rotazione, improvvisamente aumenta la velocità di rotazione per un brevissimo periodo, cosa che apparentemente non ha spiegazione”.

“Quando questo fenomeno accade a una pulsar, lo chiamiamo glitch. Nel giro di qualche settimana o mese la stella si riassesta poi nella condizione iniziale”

La spiegazione a questi tempi lunghi è che all’interno ci siano non dei fluidi normali, come per esempio un liquido che gira in un secchiello fatto ruotare, ma dei superfluidi di neutroni, che hanno la proprietà di poter scorrere senza attrito.

Come si pesano queste stelle

Il modello proposto dai fisici italiani mette in relazione la massa della pulsar e il massimo glitch: più intenso è quest’ultimo, meno è massiva la stella.

“Le stelle di neutroni sono composte da due parti: la crosta, che emette la radiazione pulsata che osserviamo, e l’interno, dove c’è il superfluido che accumula energia rotazionale per qualche anno per poi rilasciarlo alla crosta e quindi dare origine a un glitch”.

Come fa il superfluido a immagazzinare rotazione? “È stato verificato sperimentalmente nei laboratori con superfluido di elio: non ruota tutto assieme come un liquido normale, ma formando dei piccolissimi vortici, delle dimensioni di nuclei atomici, che girano come i vortici del lavandino. Ma nelle pulsar sono bloccati sotto la crosta: quando riescono ad arrivare in superficie liberano l’energia di rotazione che le fa accelerare. In parole più semplici, il glitch è dovuto a un trasferimento di vortici alla crosta”.

“Dai dati osservativi del massimo glitch per una stella che ne ha avuti almeno due da quando la si tiene sott’occhio, come per esempio la pulsar nella nebulosa della Vela nell’omonima costellazione che è osservata da 40 anni, si riesce così a dare a dare una stima della massa dell’astro”.

Cosa si otterrà in futuro

“Future rilevazioni di glitch in pulsar di sistemi binari permetteranno di verificare e calibrare il modello, perché finora questi sono stati osservati solo in stelle isolate. E con l’avvento di Ska, acronimo di Square Kilometer Array, un sistema di radiotelescopi in costruzione in Africa e in Australia che permetterà di seguire migliaia di pulsar, potremo avvalerci di un nuovo strumento per misurare la massa delle stelle, parametro fondamentale per la comprensione delle loro dinamiche, ma anche la chiave per accedere ai misteri ancora insoluti di tutto l’Universo”.

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