Una Nuova Missione NASA Per Dare La Caccia Alle Stelle Zombie

Le stelle a neutroni sono da molto chiamate le stelle zombie dell'universo, e anche a buona ragione visto che brillano anche se tecnicamente sono stelle morte, e occasionalmente si nutrono delle stelle vicine a loro. Questi oggetti nascono quando una stella massiccia finisce il suo combustibile e collassa sotto la propria gravità spingendo la materia che la compone a ricompattarsi verso il suo nucleo, gettando tutti gli strati esterni nello spazio, con un'esplosione che può brillare persino più forte di 1 miliardo di soli insieme. Il nucleo, compresso dalla gravità fino a densità altissime (tanto che un cucchiaino di questo composto peserebbe un miliardo di tonnellate, sulla Terra, continua a vivere anche dopo questa morte stellare. Anche se la fusione nucleare che sosteneva la stella è ormai finita, continua a brillare grazie al calore rimasto dalla sua esplosiva formazione, e per via della radiazione generata dal suo estremo campo magnetico, che è diventato intensamente concentrato dopo il collasso del nucleo, tanto da arrivare ad essere un trilione di volte più potente di quello della Terra.

Anche se la stella da cui è nata poteva tranquillamente essere più di 1 milione di km in diametro, una stella a neutroni è grande solo quanto una media città. Tuttavia, la sua intensa gravità la rende una straordinaria macchina per compattare la materia fino a ben 1.4 volte la massa del Sole, o almeno 460.000 volte la massa della Terra.

"Una stella a neutroni è quanto di più compatto può esistere con la materia, senza che nasca un buco nero." ha spiegato il Dr. Zaven Arzoumanian del Goddard Space Flight Center della NASA. Arzoumanian è Vice Investigatore Principale per una nuova missione appena proposta alla NASA, chiamata Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) che svelerà il cuore oscuro delle stella a neutroni. " Non abbiamo alcun modo di creare le regioni interne delle stelle a neutroni sulla Terra, quindi quello che succede alla materia sotto queste incredibili pressioni è ancora un mistero, ci sono molte teorie riguardo al modo in cui si può comportare. La simulazione più vicina che abbiamo di queste condizioni è nei acceleratori delle particelle che fa collidere atomi tra di loro a quasi la velocità della luce. Tuttavia queste collisioni non sono un sostituto esatto e durano solo una frazione di un secondo, oltre a generare temperature molto più alte di quelle presente all'interno delle stelle a neutroni."

Se la NASA approverà la sua costruzione, questa missione sarà lanciata nell'estate del 2016 e sarà attaccata alla Stazione Spaziale Internazionale. Nel Settembre 2011, la NASA ha selezionato la NICER per ulteriori studi come una potenziale "Explorer Misison of Opportunity". La missione riceverà un fondo di $250.000 per condurre uno studio di implementazione lungo circa 11 mesi. Sono state selezionate 5 missioni come "Explorer Mission of Opportunity" da un gruppo di 20 finaliste. In seguito a studi dettagliati, la NASA selezionerà lo sviluppo di una o più di una delle 5 missioni proposte. La selezione finale avverrà nel Febbraio 2013.

L'osservatorio spaziale NICER sarebbe composto da 56 telescopi che raccoglieranno raggi X generati sia dai punti caldi sulla superficie delle stelle a neutroni sia dal suo potente campo magnetico. Ci sono due punti caldi sulla superficie di una stella a neutroni, uno per ogni faccia, ad ogni polo magnetico, cioè il posto dove il campo magnetico della stella emerge dalla superficie. Qui, le particelle intrappolate nel campo magnetico piovono sulla superficie e generano raggi X quando la colpiscono. I raggi X sono una forma molto energetica di luce invisibile agli occhi umani ma rilevabile con speciali strumenti. Man mano che i punti caldi ruotano, arrivano nella nostra linea di vista e producono impulsi di luce, come se fossero un faro nella notte. Da qui il nome che contraddistingue queste stelle: pulsar.



Molte pulsar rilasciano diversi lampi al secondo, per via della rapidissima rotazione che ereditano quando nascono. Tutte le stelle ruotano e man mano che il nucleo della stella diminuisce, la stella ruota più velocemente, come una pattinatrice che gira con le braccia distese e aumenta la sua velocità se tira le braccia verso di se. Il potente campo gravitazionale di una stella a neutroni può anche attirare il gas dalle stelle vicine. Questo gas in eccesso forma un disco di accrescimento intorno alla stella a neutroni e la materia nuova si accumula sulla superficie aumentando ancor di più la velocità della rotazione.

La chiave per capire come la matteria si comporta in una stella a neutroni sta nel capire la giusta Equazione di Stato (EOS) che più accuratamente descrive come la materia risponde all'aumento della pressione. Attualmente, ci sono molte diverse EOS suggerite e ognuna propone che la materia può essere compressa in diversi modi all'interno delle stelle a neutroni.

Immaginate di tenere due palle della stessa grandezza, ma una fatta di schiuma l'altra fatta di legno. Potreste schiacciare la palla di schiuma fino a dimensioni molto piccole, molto più piccole rispetto a quanto potreste fare con la palla di legno. Allo stesso modo, una EOS che dice che la materia è altamente compressibile darà vita ad una stella a neutroni più piccola per una data massa rispetto ad una EOS che dice che la materia è meno compressibile.

Quindi se i ricercatori sanno la massa di una stella, tutto quello che devono fare è scoprire quanto è grande per ottenere la giusta EOS e sbloccare il segreto riguardo al comportamento della matteria sotto condizioni di estrema gravità. "Il problema è che le stelle a neutroni sono estremamente piccole, e fin troppo lontane da permettere una misurazione diretta." ha spiegato il Dr. Keith Gendreau, Investigatore Principale della missione NICER per la NASA. "Tuttavia, NICER sarà la prima missione che ha abbastanza sensibilità e risoluzione temporale da capire l'esatta dimensione di una stella a neutroni per via indiretta. La chiave è nella misura precisa del cambiamento nella luminosità dei raggi X durante la rotazione della stella."

Questo cambiamento nella luminosità, con il tempo, è chiamata la curva di luce di una stella, e appare come una linea oscillatoria su un grafico.

Dato che le stelle a neutroni contengono moltissima massa in un volume molto ridotto, generano campi gravitazionali tanto potenti da piegare lo spazio e distorcere il tempo, in accordo con la relatività generale di Einstein. Questa deformazione dello spazio permette ai ricercatori di determinare la massa delle stelle a neutroni se questa ha una compagna vicina, che sia essa una nana bianca o un'altra stella a neutroni. La fortuna e che simili coppie sono molto comuni.

La curvatura dello spazio produce effetti come uno shift orbitale chiamato precessione, che fa si che l'orbita si muova come uno hula hoop intorno ad una ballerina. Inoltre, man mano che la stella a neutroni e la sua compagna si muovono nelle loro orbite l'una intorno all'altra, creano delle pieghe nello spazio chiamate onde gravitazionali. Queste onde portano con via l'energia orbitale, quindi la stella a neutroni e la propria compagnia gradualmente si muovono sempre più vicine e le loro orbite diminuiscono. NICER misurerà questi effetti nel tempo e più grandi sono questi effetti, più è massiccia la stella a neutroni.

La curvatura dello spazio permetterà inoltre al team di NICER di capire la dimensione della stella a neutroni. Immaginate di avere una stella a neutroni allineata in modo da poter vedere uno dei punti caldi, cioè quello sulla faccia vicina diretta verso di noi. Quando ruota, la luminosità aumenta fino a quando il punto caldo è puntato direttamente verso di noi, poi diminuisce e ruota via. L'allineamento rende la luminosità della stella altamente variabile, cioè è piuttosto luminosa quando è puntata verso di noi ed è molto pallida quando il punto caldo è puntato fuori dalla linea di vista. Questo drastico cambiamento nella luminosità produce una curva della luce con grandi onde e con profonde discese quando la stella è pallida.

Tuttavia, dato che la luce deve seguire i contorni dello spazio, lo spazio curvo piega la luce. Lo spazio distorto intorno ad una stella a neutroni piega la sua luce così tanto che si possono vedere parti della zona lontana della stella, incluso l'altro punto caldo. Con il secondo punto caldo visibile, almeno una parte del tempo, si ha un'alta luminosità più spesso, quindi la luminosità non cambia così spesso. Questo rende la curva della luce apparire più liscia, con onde più piccole.

Una donna che porta un tacco alto mentre cammina su un trampolino, curverà la superficie più di una che porta delle scarpe per la neve. Allo stesso modo, un oggetto più compatto, come la stella a neutroni piegherà lo spazio e quindi la luce più di un'oggetto meno compatto. Questo ci permetterà di vedere il punto caldo nella faccia nascosta della stella, molto più spesso di quanto dovremmo, e questo farà si che i raggi X siano meno variabili, e la stella produrrà una curva di luce più liscia. Il team ha già i modelli che producono curve di luce uniche per varie dimensioni predette da diverse EOS. Ma scegliendo la curva di luce che meglio si adatta per ogni caso osservato, permetterà di capire la giusta EOS e risolvere finalmente il dilemma di come la materia si comporta al limite delle condizioni che può supportare.

http://www.nasa.gov/topics/universe/features/nicer-science.html

Fonte: http://www.link2universe.net/2011-11-11 ... le-zombie/