Stelle di neutroni

Le stelle di neutroni sono corpi celesti incredibilmente densi e massicci, nonostante le loro dimensioni relativamente piccole. Queste stelle sono formate principalmente da neutroni, particelle subatomiche che non hanno carica elettrica, che sono tenute insieme dalla forza di gravità. Le stelle di neutroni si formano a seguito del crollo gravitazionale del nucleo di una stella di grande massa. Questo processo avviene quando le reazioni di fusione nucleare all'interno della stella cessano a causa dell'esaurimento degli elementi leggeri. È l'ultimo stadio di vita di stelle con massa molto grande, superiore alle 10 masse solari.

Le stelle di neutroni sono estremamente dense, con una massa generalmente compresa tra 1,4 e 3 masse solari, appena superiore al limite di Chandrasekhar, ma con un diametro di pochi chilometri, pari a quello di un grande asteroide (es. 20-50 km di diametro). Per dare un'idea della loro densità, un centimetro cubo di materia di una stella di neutroni pesa circa 198 milioni di tonnellate. Se la massa fosse superiore alle tre masse solari, si dovrebbe parlare di buco nero. Le stelle di neutroni sono anche note per la loro rotazione rapida. Dopo la loro formazione, possono ruotare molte volte al secondo. Questo accade perché la velocità di rotazione aumenta con il diminuire delle dimensioni, in quanto la rotazione è strettamente legata alla conservazione del momento angolare.

Dopo l'esplosione di una supernova la parte residuale del nucleo collassa su se stesso a causa dell'enorme forza di gravità dovuta alla sua massa. La potente forza gravitazionale, che non è più bilanciata dalla pressione termica generata dalle reazioni nucleari attive durante la vita di una stella, comprime i nuclei atomici l'uno contro l'altro. Questo processo porta le particelle subatomiche a entrare in contatto, causando la fusione degli elettroni con i protoni, che vengono così trasformati in neutroni.

Una stella di neutroni isolata nello spazio, senza altre stelle vicine, è quasi impossibile da vedere. Nonostante la sua temperatura sia estremamente alta, una stella di neutroni emette solo una piccola quantità di radiazione visibile, ultravioletta, X e gamma γ. A causa delle sue dimensioni ridotte e della grande distanza da noi, la luce che emette è molto debole e difficile da rilevare. Tuttavia, se una stella di neutroni si trova vicino a un'altra stella vicina, può accadere che attiri a sé i gas e la materia dalla sua stella compagna. Lo stesso fenomeno accade quando la stella di neutroni si trova nei pressi di una nube di gas. In entrambi questi casi, la stella di neutroni può diventare più visibile perché la materia extra che acquisisce può generare dei fenomeni che rendono la stella di neutroni più facile da osservare. Quindi, anche se una stella di neutroni da sola è quasi invisibile, in certe condizioni può diventare un oggetto astronomico molto interessante da studiare.

Esistono diversi tipi di stelle a neutroni

• Buster a raggi x
  È una stella di neutroni vicino a una stella compagna di massa inferiore, da cui attinge materia. Questa materia, una volta attratta dalla stella di neutroni, precipita sulla sua superficie, accumulando una grande quantità di energia nel processo. Questo fenomeno rende la materia visibile in modo intermittente.
• Pulsar
  Alcune stelle di neutroni, chiamate pulsar (pulsating star), emettono pulsazioni regolari di radiazione elettromagnetica visibili dal nostro pianeta. Questo fenomeno è dovuto alla rotazione rapida e alla non coincidenza dei poli magnetici con i poli dell'asse di rotazione. Sono simili a degli orologi atomici o a dei fari cosmici che ruotano a intervalli regolari.
• Magnetar
  Un altro tipo di stella di neutroni è la magnetar (magnetic star), che è caratterizzata da un campo magnetico di enorme intensità. Queste stelle di neutroni sono uno dei possibili stadi finali dell'evoluzione stellare e sono quindi a volte chiamate stelle morte o cadaveri stellari.

Le stelle di neutroni sono state tra i primi oggetti astronomici notevoli a essere predetti teoricamente nel 1934 e, successivamente, scoperti ed identificati nel 1967. La scoperta delle stelle di neutroni è molto recente ma molti aspetti della loro formazione e struttura interna sono ancora da capire e rimangono oggetto di studio della ricerca.