I “raccoglitori” di raggi X di Nicer visti in dettaglio durante una fase di test. Gli specchi concentrano i raggi X su rivelatori di silicio. Crediti: Nasa/Goddard/ Keith Gendreau
Si chiama Nicer, che sta per Neutron Star interior composition explorer, ed è la missione della Nasa che il 1 giugno prossimo sarà installata sulla Stazione Spaziale Internazionale allo scopo di studiare uno degli oggetti più affascinanti del cosmo: le stelle di neutroni.
A partire dalla loro teorizzazione, che risale agli anni ‘30 del secolo scorso, fino alla loro scoperta, nel 1967, abbiamo scoperto molte cose sulle stelle di neutroni. Sappiamo, ad esempio, che si tratta di stelle che al termine della loro vita si compattano raggiungendo densità estreme. Quello che ancora non sappiamo è come si comporti la materia al loro interno.
Per ottenere un corpo così denso abbiamo bisogno di una stella con una massa iniziale tra le 7 e le 20 volte quella del Sole. Quando un oggetto così massiccio esaurisce il proprio carburante, collassa sotto il proprio stesso peso, e provoca un’esplosione di supernova. Ciò che rimane del nucleo centrale è un corpo ultra denso, con un raggio di una decina di chilometri e una massa che può arrivare anche a un paio di volte il nostro Sole.
«Se prendi il Monte Everest e lo comprimi fino a che non raggiunge le dimensioni di una zolletta di zucchero, ottieni la densità di una stella di neutroni», spiega Keith Gendreau, principal investigator di Nicer presso il Goddard Space Flight Center della Nasa. Questi oggetti celesti sono così densi che, sebbene si conoscano e si studino da oltre 50 anni, sappiamo molto poco di cosa accade alla materia nei loro strati più profondi.
Takashi Okajima, responsabile delle ottiche di Nicer, mentre installa uno dei 56 “raccoglitori” di raggi X, ciascuno composto da 24 fogli concentrici. Crediti: Nasa/Goddard/ Keith Gendreau
«Appena vi spostate sotto la superficie di una stella di neutroni, le pressioni e le densità aumentano rapidamente, e vi ritrovate in un ambiente impossibile da riprodurre in un laboratorio terrestre», afferma Slavko Bogdanov della Columbia University, membro del team Nicer. Più denso di una stella di neutroni c’è solo il buco nero, un oggetto con una gravità tale da impedirne qualunque osservazione diretta, dato che anche la luce rimane intrappolata sulla sua superficie.
«Le stelle di neutroni rappresentano un limite naturale alla densità, oltre il quale la materia non può fare altro che trasformarsi in un buco nero», dice Zaven Arzoumanian del Goddard e membro del team scientifico di Nicer. «Non sappiamo cosa succeda alla materia quando raggiunge quella densità limite».
Per far luce su queste condizioni estreme della materia, Nicer osserverà le stelle di neutroni in rapida rotazione, chiamate anche pulsar a causa della loro emissione pulsata. Le pulsar dispongono di campi magnetici molto intensi, che sono in grado di accelerare le particelle a velocità prossime a quella della luce. Può succedere che queste particelle, agganciate alle linee di campo, impattino sulla superficie della stella in prossimità del polo magnetico. In questi casi le pulsar avranno degli spot caldi, che saranno visibili nei raggi X.
Nicer, pronto e impacchettato per il lancio, presso la Space Station Processing Facility del Kennedy Space Center della Nasa a Cape Canaveral. Crediti: Nasa/Goddard/ Keith Gendreau
«Nicer è progettato per osservare l’emissione di raggi X proveniente da quegli spot caldi», aggiunge Arzoumanian. «Durante il loro passaggio lungo la nostra linea di vista, vediamo questi spot diventare sempre più intensi e poi affievolirsi. Per alcune pulsar questo accade centinaia di volte al secondo». Nicer misurerà i cambiamenti di luminosità tenendo conto della distorsione dello spazio-tempo dovuta al campo gravitazionale della stella di neutroni. Ciò permetterà agli scienziati di determinare il raggio della pulsar, un dato necessario per comprendere la sua struttura interna.
Le osservazioni di Nicer, inoltre, aiuteranno gli scienziati a comprendere meglio quale sia la massa critica oltre la quale la stella di neutroni si trasforma in buco nero. Questo è particolarmente importante per quelle stelle di neutroni che si trovano in sistemi binari, e hanno una compagna dalla quale catturano materia. «Conoscere la massa di soglia ci aiuterà a determinare quanti buchi neri e quante stelle di neutroni esistono nell’universo», spiega Alice Harding, membro del team Nicer al Goddard.
Nicer offrirà anche l’opportunità di compiere importanti passi avanti nella navigazione dello spazio profondo. Le sue misure ai raggi X saranno in grado di registrare i tempi di arrivo degli impulsi delle stelle di neutroni, e utilizzando le emissioni estremamente regolari delle pulsar come orologi cosmici i ricercatori arriveranno a precisioni confrontabili con quelle degli orologi atomici.
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