Crediti:X-ray: Nasa/Cxc/Uni. of Science and Technology of China/Y. Xue et al; Optical: Nasa/Stsci
L’11 aprile 2019, un team internazionale di scienziati guidato da Xue Yongquan dell’University of Science and Technology (Ustc) ha annunciato di aver osservato un segnale a raggi X molto probabilmente generato da una magnetar, una stella di neutroni caratterizzata da un enorme campo magnetico. Gli scienziati del team ritengono che il segnale osservato sia stato generato dalla fusione di due stelle di neutroni distanti da noi 6.6 miliardi di anni luce. Il segnale è stato catturato nel corso della 7-Ms Chandra Deep Field-South, la survey X più profonda e sensibile mai realizzata. La scoperta è stata pubblicata su Nature.
Le stelle di neutroni sono sicuramente tra gli oggetti più affascinanti dell’universo. Immaginate di avere una massa pari a quella del nostro Sole concentrata in un oggetto il cui raggio è di soli 10 chilometri, invece dei 700mila chilometri della nostra stella. Nonostante siano chiare alcune caratteristiche di queste stelle, la comprensione della fisica che le governa è ancora abbastanza confusa. Una delle domande alle quali gli astronomi hanno sempre cercato di dare una risposta è quale sia la fine di un sistema binario di stelle di neutroni.
Molti ricercatori ritengono che dalla fusione di due stelle di neutroni si generi un buco nero. Altri credono invece che si formi una magnetar: una stella di neutroni che ruota molto velocemente, con un campo magnetico estremamente forte, la cui intensità è cento milioni di volte superiore a quella che possiamo ottenere in laboratorio. Secondo questi scienziati, la magnetar formata in seguito al processo di fusione sarebbe in grado di sopravvivere alla propria gravità, grazie alla sua potente forza centrifuga. Dopo anni di discussioni su quale teoria fosse la più convincente, finalmente l’universo ha svelato la sua risposta, permettendoci di rivelare la prova dell’esistenza di una magnetar.
Xue Yongquan lavora presso il Dipartimento di Astronomia, Università della Scienza e della Tecnologia della Cina. Gli interessi di ricerca del suo gruppo si concentrano principalmente sull’astrofisica delle alte energie a raggi X. Nello schermo, in basso a sinistra si trova l’immagine di una magnetar, in alto a destra l’immagine di un nucleo galattico attivo, uno dei corpi celesti a cui Xue è interessato. Il pannello in basso a destra fa parte dell’immagine della 7Ms Chandra Deep Field-South survey. Crediti: Sheng Zhenfeng
Quando due stelle di neutroni “si abbracciano”, vengono emesse onde gravitazionali e una massiccia nube di detriti che si generano dalla collisione. Sotto la spinta gravitazionale della magnetar, parte dei detriti cade verso l’interno provocando scosse, che causano a loro volta getti di particelle ad alta energia e radiazioni molto intense. Se il getto è orientato nella nostra direzione, si osserveranno esplosioni energetiche note come lampi di raggi gamma corti, con una durata tipica inferiore ai 2 secondi, assunte per decenni come evidenza dell’avvenuta fusione di stelle di neutroni.
Nel frattempo, ha fatto il suo esordio un transiente a raggi X isotropo. Ora, se dal processo di fusione di due stelle di neutroni si formasse una magnetar, questo transiente durerebbe diverse ore e potrebbe essere visto fuori dall’asse del getto. Pertanto, anche senza la presenza di alcun lampo di raggi gamma, un transiente X potrebbe darci preziose informazioni sul sistema di fusione di stelle di neutroni. Al contrario, se il transitorio X fosse alimentato da un buco nero, brillerebbe solo per pochi secondi. Un tale transitorio a raggi X, auspicato per lungo tempo dai teorici, non è mai stato rilevato… fino ad oggi. Il segnale scoperto si trova in una galassia distante 6.6 miliardi di anni luce dalla Terra, è durato ben 7 ore e parrebbe indicare che dalla fusione di due stelle di neutroni potrebbe essersi formata, appunto, una magnetar.
È interessante notare che il transiente a raggi X osservato si trova nella periferia della sua galassia ospite, come di solito fanno i sistemi binari di stelle di neutroni, che solitamente vengono allontanati dalle zone centrali in seguito a esplosioni di supernova. Questa potrebbe costituire una prova a sostegno del fatto che il transiente a raggi X sia effettivamente alimentato dalla fusione di stelle di neutroni.
Nel frattempo, i ricercatori hanno anche calcolato la densità di frequenza di simili eventi transienti e il risultato è coerente con la densità di frequenza degli eventi di fusione delle stelle di neutroni, dedotta dal rilevamento delle onde gravitazionali dalla fusione di stelle di neutroni nel 2017.
Questa scoperta ha profonde implicazioni per l’equazione di stato della materia nucleare estremamente densa: l’equazione di stato delle stelle di neutroni potrebbe essere sufficientemente forte – con la pressione che aumenta bruscamente all’aumentare della densità della materia – da far sì che una magnetar supermassiccia o ancora stabile sia in grado di sopravvivere alla fusione delle due stelle di neutroni. La scoperta aiuta inoltre a escludere una serie di modelli teorici di materia nucleare che risultano incoerenti con le osservazioni, fornendo così nuove informazioni sulla fisica delle stelle di neutroni.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “A magnetar-powered X-ray transient as the aftermath of a binary neutron-star merger” di Q. Xue, X. C. Zheng, Y. Li, W. N. Brandt, B. Zhang, B. Luo, B.-B. Zhang, F. E. Bauer, H. Sun, B. D. Lehmer, X.-F. Wu, G. Yang, X. Kong, J. Y. Li, M. Y. Sun, J.-X. Wang e F. Vito
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