Pulsar e buchi neri

Concludiamo, con questo breve articolo, la descrizione dell’evoluzione delle stelle con massa iniziale Mi superiore a 5-8 M¤ (masse solari).Abbiamo visto che queste stelle, al momento del collasso gravitazionale finale, esplodono dando origine a un oggetto brillantissimo, detto supernova, mentre gran parte della materia è lanciata nello spazio e forma un resto di supernova. Avevamo anche anticipato che il nucleo forma una stella di neutroni se, al momento del collasso, ha massa inferiore a 3 M¤, mentre dà origine a un buco nero se è più massiccio.

Le pulsar

Secondo il modello più accreditato, la rotazione della stella di neutroni su sé stessa genera un campo magnetico molto intenso, le cui linee di forza si chiudono su se stesse, tranne che in corrispondenza dei poli magnetici, dove sono aperte (figura 1). La stella emette un fascio di radiazioni proprio dai poli magnetici in coni piuttosto ristretti, soprattutto nella banda delle radioonde. Per osservare la radiazione è necessario, ovviamente, essere allineati con il cono di emissione. Ma poiché l’asse del campo magnetico, lungo il quale avviene l’emissione, e l’asse di rotazione della stella non sono allineati, ne consegue che si potrà osservare il fascio di radiazioni una volta sola per ogni rotazione della stella, come avviene per la luce emessa da un faro. Quindi percepiremo un “lampo” ad ogni giro della stella, con periodi che vanno da qualche millisecondo a qualche secondo.

Le stelle di neutroni, la cui emissione raggiunge la Terra, sono dette pulsar (sorgente radio pulsante) e le radiazioni emesse possono essere osservate per mezzo di un radiotelescopio. Le emissioni sono talmente regolari che le pulsar vengono utilizzate come orologi in alcuni esperimenti astronomici.

La prima volta che si scoprì una emissione radio con periodo costante, nel 1967, la scopritrice, Jocelyn Bell Burner, la chiamò “Little Green Man – 1”, perché pensava di aver scoperto una trasmissione aliena!

I buchi neri

Un buco nero è un oggetto che racchiude una massa che va da 3 sino a parecchi miliardi di M¤, confinata in uno spazio ridottissimo. L’attrazione gravitazionale è talmente alta che nemmeno la luce può uscire: da qui l’attributo di “nero”^[1]. Un buco nero non può essere osservato direttamente, ma manifesta la sua presenza grazie agli effetti gravitazionali che esercita sui corpi celesti vicini o attraverso le radiazioni che emette la materia che viene catturata. Si pensa che la maggior parte delle galassie contenga al centro un buco nero di grande massa: la nostra Via Lattea contiene un buco nero, chiamato SgrA* (Sagittarius A*), di massa superiore a 4 milioni di M¤.

La superficie immaginaria che circonda il buco nero, dalla quale non può uscire alcuna materia o venir emesso alcun segnale, è detta orizzonte degli eventi.

Nell’aprile del 2019 è stata pubblicata la prima fotografia di un buco nero: quello di M87*, cioè del buco nero che si trova nella galassia M87, che dista da noi 50 milioni di anni luce; la massa del buco nero è stata stimata in 6,5 miliardi di M¤! Ebbene, nel marzo del 2021 è stata pubblicata la fotografia della figura 2, che mostra il disco di accrescimento di M87*, dove si raduna la materia che sta cadendo nel buco nero: l’energia, elevatissima, provoca trasformazioni dirette della massa in energia. Le righe che si vedono sono causate dall’azione del campo magnetico del buco nero sulla materia. L’immagine è stata ripresa dell’Event Horizon Telescope (Telescopio dell’orizzonte degli eventi, EHT) e mostra il buco nero in luce polarizzata. L’EHT è formato da una rete di radiotelescopi distribuiti sulla Terra, che si comporta come un unico grande radiotelescopio ad alta sensibilità e risoluzione.

Per concludere, ecco una sintesi dell’evoluzione delle stelle di sequenza principale.Nei prossimi articoli riprenderemo l’osservazione del cielo e delle sue meraviglie, argomento certamente più piacevole e meno impegnativo.

^[1]Primo Lodi ha aggiunto questa nota, per chi desidera approfondire l’argomento: «Ciò che si trova nel buco nero non è ben noto. La legge della relatività generale prevede un punto geometrico, la singolarità, con tutta la massa convertita in energia gravitazionale. Le leggi della Meccanica Quantistica invece, seguendo il principio d’indeterminazione di Heisemberg, non prevedono l’esistenza della singolarità, ma di una massa concentrata in una regione di diametro pari alla lunghezza di Planck, cioè 10^-35m».