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Attento a non mettere troppo idrogeno!

La curiosità del mese di luglio 2012 a cura di Tomaso Belloni

Fig. 1 - Rappresentazione pittorica di un sistema binario formato da una pulsar (stella di neutroni) e da una stella normale di piccola massa. In questo sistema la stella di neutroni "strappa" materia alla stella compagna formando un disco di accrescimento.

Torniamo all’argomento stelle di neutroni.
Una stella di neutroni nasce da una supernova e come abbiamo visto nella curiosità dell’ottobre 2010 ha una vita interessante se è in un sistema binario.
Alcune stelle di neutroni, in un certo periodo della vita del sistema binario, strappano materia alla stella compagna. Questa materia non soltanto le accelera fino a farle diventare pulsar veloci, ma cadendo sulla superficie dell’oggetto compatto forma una struttura a disco che emette radiazione di alta energia (che fa sì che possiamo vedere il sistema).
Ora, la materia che cade accelera la stella di neutroni, ma poi dove va a finire?
Rimane sulla superficie naturalmente. La crosta di una stella di neutroni è spessa solo un chilometro, ma la materia che si deposita forma uno strato molto molto più sottile, data la immensa pressione a cui è sottoposta, meno di un metro.
Dato che continua ad arrivare, si accumula. A un certo punto, le condizioni di temperatura e pressione diventano così estreme che in un punto di questo strato di materia (formata principalmente da idrogeno o elio) si innesca una reazione di fusione nucleare, la stessa che fa funzionare le stelle.
Rapidamente, il "fuoco" nucleare si propaga su tutta la superficie e lo strato di materia catturata letteralmente esplode, diventando in pochi secondi luminosissimo e espandendosi anche leggermente.
Si ha quello che si chiama un "burst termonucleare": in pochi secondi la stella di neutroni diventa luminosissima e quello che vediamo è in gran parte questa reazione nucleare.
Nel giro di qualche minuto è tutto finito e si torna alla situazione di prima, con nuova materia che arriva e si deposita.

Fig. 1 - Vai al video con l’animazione di un burst X in un sistema binario. - Credit: GSFC/NASA

Ci sono sistemi molto regolari che mostrano un burst ogni poche ore e sistemi in cui questo fenomeno è rarissimo.
Se le condizioni sono particolari, si può avere una reazione nucleare meno catastrofica, in cui la materia continua a "bruciare" con continuità.
Qual è l’importanza di questo fenomeno?
Viene dalla superficie della stella di neutroni e tutto quello che ci fa vedere la superficie è essenziale, dato che è l’unica parte della stella che possiamo vedere.
I burst sono usati anche come indicatori di distanza (per approfondire vedi la curiosità di novembre 2009).
Quando sono molto luminosi ci si aspetta che abbiano tutti la luminosità massima per un oggetto che accresce materia (la cosiddetta luminosità di Eddington). Dato che il raggio di una stella di neutroni più o meno lo conosciamo (dell’ordine di una decina di chilometri, e le misure più precise sono molto importanti per capire come è fatta dentro, vedi curiosità del febbraio 2011).
Sapendo quanto è la superficie che emette e la luminosità, si può stimare la distanza con una precisione non ideale, ma buona per gli standard astronomici.
Poi si vedono delle altre cose se si guarda al momento giusto, ma questo lo vedremo in una prossima curiosità.