La spettacolare morte delle stelle: nane bianche e stelle di neutroni

La morte delle stelle è davvero unica: i loro resti diventano dei corpi celesti ancora più spettacolari di quello che erano prima.

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Il nostro Universo ospita una varietà incredibile di corpi celesti. Tuttavia, anche le stelle non sono da meno e, in confronto ai "semplici" mondi, le loro caratteristiche possono essere ancora più strane, particolari ed estreme.. sopratutto quando "muoiono".
Ci sono mondi in cui molto probabilmente piovono diamanti, immaginate quindi che stelle possono esistere. Piccolo excursus: le nane bianche, le stelle di neutroni e gli altri corpi celesti costituiti da materia esotica vengono chiamate "stelle degeneri", un termine che li descrive come corpi di piccoli dimensioni a dispetto della loro grande massa.

Le nane bianche

Le nane bianche sono tra le stelle più comuni ma rimangono comunque affascinanti. Una nana bianca è una stella di piccole dimensioni, con una grandezza paragonabile a quella della Terra, ma con una massa simile o lievemente superiore a quella del Sole. Si tratta quindi di un oggetto molto compatto, dotato di un'elevatissima densità e gravità (un cucchiaino di materia da una nana bianca peserebbe 5 tonnellate). Prima di diventare una nana bianca, la stella passa per una fase di gigante rossa. Se la massa non è sufficiente per fondere il carbonio allora questo elemento e l'ossigeno si accumulano al centro. Successivamente gli strati esterni vengono espulsi e viene lasciato solo un corpo centrale.
La morte di una stella dipende dalla sua massa: le stelle più massicce, con otto volte la massa del sole o più, non diventano nane bianche, ma alla fine della loro vita esplodono in una violenta supernova, lasciandosi dietro una stella di neutroni o un buco nero. Le stelle più piccole prendono un percorso leggermente più tranquillo, quelle di massa medio-bassa, come il Sole, che alla fine si gonfiano in giganti rossi.

Successivamente, le stelle diffondono i loro strati esterni in un anello noto come nebulosa planetaria, e il nucleo rimasto diventa una nana bianca, una stella in cui non si verifica alcuna fusione di idrogeno. Le stelle ancora più piccole, come le nane rosse, non arrivano allo stato di gigante rosso, bruciano semplicemente tutto il loro idrogeno, diventando subito una debole nana bianca. Tuttavia, non abbiamo prova di quanto detto, poiché le nane rosse impiegano miliardi di anni per consumare il loro combustibile, molto più a lungo dell'età dell'universo di 13.8 miliardi di anni. Secondo la NASA, la gravità sulla superficie di una nana bianca è 350.000 volte quella della Terra: ciò significa che una persona di 68 chilogrammi peserebbe 22.7 milioni di chili sulla superficie.
Giunta alla fine della sua vita una nana bianca non scompare del tutto, ma diventa semplicemente una "nana nera", un corpo celeste che non emette più alcun tipo di luce. Per raggiungere tale stadio si pensa che una stella abbia bisogno di 100 miliardi di anni. Vista l'età dell'Universo (13,8 miliardi di anni) si può concludere che non si sia ancora formata una nana nera.

Stella di neutroni

In confronto alla nana bianca, protagonista della fine della vita delle stelle medio-piccole, una stella di neutroni è invece il risultato del collasso gravitazionale del nucleo di una stella massiccia, che segue alla cessazione delle reazioni di fusione nucleare per l'esaurimento degli elementi leggeri al suo interno, e rappresenta pertanto l'ultimo stadio di vita di stelle con massa superiore a 10 volte quella del Sole.
Le stelle di neutroni sono i resti di stelle giganti che hanno terminato la loro vita nel modo più spettacolare possibile: attraverso una supernova (l'evento che dà origine a una stella di neutroni impartisce molta energia all'oggetto, facendolo ruotare sul suo asse da 60 fino a 700 volte al secondo). Dopo l'esplosione, i nuclei di queste ex stelle vengono racchiusi in un oggetto ultra-denso avente la massa del Sole, ma di piccole dimensioni, di ordine non superiore alla decina di chilometri.

L'immensa forza gravitazionale schiaccia i nuclei atomici fra loro portando a contatto le particelle subatomiche, fondendo così gli elettroni con i protoni, trasformandoli in neutroni (la materia di queste stelle di neutroni è diversa da quella ordinaria e non ancora del tutto compresa). Le sue caratteristiche fisiche di densità sono più vicine a quelle dei nuclei atomici piuttosto che alla materia comune composta da atomi. Un cucchiaino di materia da una stella di neutroni peserebbe circa un migliaio di tonnellate.

La gravità è circa 2 miliardi di volte più forte di quella della Terra. Com'è immaginabile, una stella di neutroni media vanta un potente campo magnetico. Basti pensare che il campo magnetico terrestre è di circa 1 gauss, quello del Sole di alcune centinaia di gauss mentre una stella di neutroni, invece, ha un campo magnetico di trilioni di gauss. Queste stelle degeneri non sono tutti uguali e si dividono principalmente in due categorie: pulsar e magnetar.

La pulsar

Le pulsar sono stelle di neutroni rotanti, caratterizzate da impulsi di radiazione a intervalli molto regolari che generalmente vanno da millisecondi a secondi. Le pulsar hanno campi magnetici molto potenti che incanalano getti di particelle lungo i due poli magnetici. Queste particelle accelerate producono fasci di luce molto intensi.
Spesso, il campo magnetico non è allineato con l'asse di rotazione, quindi quei raggi di particelle e luce vengono trascinati mentre la stella ruota. Quando il raggio attraversa il nostro campo visivo dalla prospettiva della Terra vediamo un impulso.
Per capire questo concetto basta paragonare una pulsar a un faro. Di notte, un faro emette un raggio di luce che attraversa il cielo. Anche se la luce brilla costantemente, è possibile vedere il raggio solo quando punta direttamente nella nostra direzione.
Esistono anche le cosiddette "pulsar millisecondo", con un periodo di rotazionale compreso tra 1 e 10 millisecondi. Le attuali teorie sull'evoluzione della struttura delle stelle a neutroni prevedono che le pulsar potrebbero letteralmente "rompersi" se la loro velocità di rotazione supera i 1500 giri al secondo.

La magnetar

Un altro tipo di stella di neutroni (per certi versi la più estrema di tutte!) si chiama magnetar. In una tipica stella di neutroni il campo magnetico è trilioni di volte più forte di quello terrestre; tuttavia, in una magnetar, il campo magnetico è 1000 volte più forte di una semplice stella di neutroni. Si ritiene che circa 1 supernova su 10 degeneri in una magnetar anziché in una più comune stella di neutroni o in una pulsar: ciò accade quando la stella ha già una veloce rotazione ed un forte magnetismo. La vita di un corpo celeste così estremo è limitata e a causa dei forti campi magnetici decadono dopo circa 10.000 anni.

In una magnetar, con il suo enorme campo magnetico, i movimenti nella crosta fanno sì che la stella di neutroni rilasci una grande quantità di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. Per capire la potenza di questi incredibili corpi celesti, immaginate che una magnetar - chiamata SGR 1806-20 - il 27 dicembre 2004 emise un impulso di raggi X che in un decimo di secondo rilasciò più energia di quella emessa dal sole negli ultimi 100.000 anni.