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Tu mi fai girar...

La curiosità del mese di ottobre 2010 a cura di Tomaso Belloni

Fig. 1 - Immagine composita (banda ottica in rosso e banda X in blu) della Crab Pulsar che "vive" al centro del resto di supernova della Nebulosa del Granchio ovvero ciò che rimane di una stella esplosa nel 1054. Crediti: J. Hester (ASU) et al., CXC, HST, NASA - APOD del 26 Marzo 2005

In aprile, parlando di pulsar avevamo detto che ce ne sono di molto veloci, che ruotano fino a 700 volte al secondo (vedi curiosità di aprile 2010).
Una palla di una decina di chilometri di raggio che ruota 700 volte al secondo.
Per capirci, il motore di un’auto di formula 1 arriva a 20mila giri al minuto, cioè poco più di 300 giri al secondo.
Sappiamo che solo una stella di neutroni ha una densità sufficientemente alta per non rompersi a quella velocità, ma come fa una stella di neutroni ad arrivare a ruotare così velocemente?

Le pulsar nascono dalle supernove.
Una stella esplode e il suo nucleo collassa e diventa un oggetto denso e piccolo.
Le stelle ruotano, anche se molto più lentamente (il sole ruota su se stesso ogni 27 giorni).
Restringendosi, la velocità di rotazione deve aumentare, proprio come un ballerino ruota più velocemente se tiene le braccia vicino al corpo.
Quale che sia la velocità di rotazione alla nascita, una pulsar si stabilizza molto rapidamente su un periodo simile a quello della prima pulsar scoperta, intorno a un secondo e quindi molto più lento rispetto a quello iniziale.

Fig. 2 - Clicca sull’immagine e vai alla pagina wiki con l’animazione di una pulsar.

Una volta nata, la pulsar ruota e rallenta lentamente.
Perchè rallenta? Perchè è una pulsar!
Per pulsare bisogna emettere energia e l’energia deve venire da qualche parte, non può essere creata.
In una pulsar l’energia viene dalla rotazione, quindi emettendo radiazione la pulsar rallenta.

Se non hai l’energia per accelerare, c’è un solo modo di farlo: farsi accelerare da qualcun altro.
Una trottola da sola non gira, ha bisogno che le diamo una spinta.
Torniamo alla curiosità di febbraio 2010 "Tieni la bocca chiusa quando mangi!".
Si parlava di un buco nero che strappa materia a una stella compagna e se la "mangia", anche se a volte un po’ la "sputa" fuori.
Questo può succedere anche a una stella di neutroni, solo che la stella di neutroni ha una superficie solida, quindi la materia non viene "mangiata" ma ci impatta sopra.
Dato che la materia ruota, e anche molto velocemente, questo equivale a dare un’accelerata a una trottola.
Più materia arriva, più si accelera la stella di neutroni.
In questo modo si può arrivare a 700 rotazioni al secondo, col tempo.

Ci vuole tempo, quindi ci aspettiamo che le pulsar veloci siano più vecchie.
Inoltre ci aspettiamo ovviamente che queste pulsar siano in sistemi binari, ovvero abbiano una compagna.
E lo sono quasi tutte (quelle che non hanno una compagna l’avranno persa nel frattempo, è sempre possibile).
Addirittura la nostra pulsar può essere in in orbita con un’altra pulsar (vedi curiosità di giugno 2009).

Fig. 2 - Rappresentazione pittorica di un sistema binario con una stella gigante rossa alla quale una stella di neutroni compagna "strappa" materia dagli strati superficiali. Questa materia, spiraleggiando intorno alla stella collassata, la accellera - crediti: ESA.

Siamo sicuri che l’evoluzione sia questa perchè non solo conosciamo pulsar giovani e "lente" e pulsar vecchie e "veloci", ma vediamo anche quelle che stanno accelerando.
Si tratta di sistemi binari contenenti una pulsar che ruota un po’ meno velocemente e che riceve materia da una stella compagna, materia che la sta accelerando.

Insomma, torna tutto, cosa che succede raramente.
Un stella che esplode può produrre una pulsar.
Se la pulsar si forma e c’è una stella compagna normale, sempre che il sistema binario non sia sciolto dall’esplosione, la pulsar può venire accelerata e ruotare centinaia di volte al secondo.
Di tutta questa catena ci manca solo di osservare una pulsar che si forma dopo una supernova.
L’unica supernova vicina degli ultimi secoli, quella del 1987, per ora non sembra avere lasciato niente.
Ma si continua a cercare.