Neutroni, non roba esotica

Una pulsar conferma il modello classico

di Marco Cagnotti

Una stella di neutroni è fatta di… neutroni. Tante grazie: bella scoperta! Altrimenti perché quel nome? Oppure c’è dietro una storia interessante o perfino una polemica scientifica?

Quando una stella di grande massa termina la propria esistenza trasformandosi in supernova, dopo il botto resta ancora qualcosa, la cui natura dipende dalla quantità di massa residua. Se ce n’è davvero tanta, diciamo 2-3 masse solari, ovvero il limite di Tolman-Oppenheimer-Volkoff, il collasso della materia non può essere arrestato e si forma un buco nero. Se invece ce ‘è un po’ meno, ma almeno 1,4 masse solari, ossia il limite di Chandrasekhar, allora i protoni e gli elettroni negli atomi vanno a fondersi formando dei neutroni e la stella diventa un unico, immenso nucleo atomico, densissimo e grosso pressappoco come un pianeta. Così dice la vulgata dell’astrofisica stellare. Da cui il nome, appunto: stelle di neutroni. Qualche astrofisico però sostiene una tesi diversa: in quelle condizioni, la materia si disfa in quark liberi o in particelle ancora più esotiche, come gli iperoni (che sarebbero barioni composti da quark strange). Chi ha ragione?

Per capirlo, bisogna misurare la massa di una stella di neutroni (continuiamo a chiamarla così, almeno finché non si dimostrerà che è fatta di qualcos’altro), perché modelli diversi prevedono masse diverse. Però non è che puoi prenderne una e ficcarla sulla bilancia. Di solito queste misure si fanno andando a guardare che cosa accade nei sistemi binari, dove, appunto, una componente è una stella di neutroni. Ebbene, di una misura siffatta rende conto un articolo apparso sull’ultimo numero di “Nature” e firmato da un team americano e olandese guidato da Paul B. Demorest, del National Radio Astronomy Observatory, in Virginia. Il target si chiama J1614-2230: una stella di neutroni legata a una nana bianca. La prima emette un bel segnale radio dal polo magnetico, segnale che noi riceviamo pulsante come il fascio luminoso di un faro. Una classica pulsar, insomma. Con un periodo dell’ordine del millisecondo. Però, nell’arrivare fin qui, il segnale radio passa accanto alla nana bianca, subisce una conseguenza della relatività generale (per cui il tempo nei pressi di un intenso campo gravitazionale viene rallentato) e il periodo ne risulta modificato: Shapiro delay, si chiama questo fenomeno. Sicché, misurando quest’effetto, il periodo orbitale della coppia stellare e pure la velocità della stella di neutroni, si ricava la massa di quest’ultima. E’ un po’ laborioso, ma si può fare. Risultato di Demorest e colleghi: 1,97 masse solari. Compatibile con il modello classico della stella di neutroni ma non con quelli esotici di stelle fatte di particelle strane.

Il segnale radio passa vicino alla nana bianca e... (Cortesia: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF)

Adesso per saperne di più e meglio, insomma per poter escludere davvero i modelli esotici (che comunque potrebbero essere “salvati” ritoccando i parametri delle interazioni fra le particelle), bisognerà scoprire anche il raggio della stella di neutroni: work in progress. Se poi qualche altro esemplare si rendesse disponibile, sarebbe pure meglio.