Pulsar, RGB, Ipernove e getti galattici



Una serie di fenomeni astronomici osservati negli ultimi decenni soprattutto grazie ai satelliti, sono troppo energetici per essere spiegati da reazioni nucleari come quelle che mantengono "accese" le stelle durante gran parte della loro vita. Per spiegare questo tipo di emissioni (soprattutto raggi X e Gamma, che l'atmosfera scherma, e che perciò sono osservabili solo dallo spazio) si è ipotizzato un particolare meccanismo fisico, in grado di trasformare i più densi oggetti del cielo, stelle di neutroni e buchi neri, in accelleratori di particelle di inusitata potenza: veri e propri cannoni stellari (vedi box a destra).

Pulsar "spara" rubando materia alla stella compagna

Credits: Chandra Educational
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MPEG High (10,5MB)
Nel video:
una stella orbita a distanza ravvicinata intorno a una stella di neutroni. Progressivamente, l'atmosfera stellare viene risucchiata (nella simulazione sono mostrate le strutture a cui il fenomeno da origine ) andando a formare un disco di accrescimento. Prima di precipitare sulla stella di neutroni, la materia, allo stato di plasma, è trascinata in un vortice al cui interno raggiunge temperature e velocità elevatissime; inoltre le stelle di neutroni sono dotate di forti campi magnetici che interagiscono col plasma. Come risultato, i i campi di forza e la geometria del sistema in rapida rotazione producono una sorta di "effetto cannone" e dai poli, lungo la direzione dell'asse di rotazione dell'oggetto, si sprigionano un fascio di plasma ad alta velocita e un flusso di onde elettromangetiche molto dure, tra cui raggi X ad alta energia.
Perchè questi oggetti siano visibili bisogna trovarsi lungo il percorso descritto dal fascio di plasma ed energia in rotazione (esattamente come per vedere un faro bisogna trovarsi sulla traiettoria del fascio di luce che proietta). In quel caso si osserva una stella pulsante, che prende il nome di Pulsar.

 

Ipernova o Collapsar

Credits: Chandra Educational
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Nel video:
una gigante azzurra (si tratta delle stelle più massiccie in assoluto, fino a 30 o 40 masse solari) va incontro alla distruzione in seguito al collasso del nucleo di ferro, al termine della vita della stella. Quando in stelle così massicce nel nucleo si forma il nucleo di ferro, questo collassa sotto il suo stesso peso trasformandosi in un buco nero. A questo punto, tutta la massa restante della stella inizia a precipitare verso il gorgo gravitazionale formando un disco di accrescimento in rapida rotazione. Dai poli del buco nero si sprigiona allora un potentissimo getto di materia a velocità relativistica (oltre il 99% della velocità della luce) e di raggi Gamma (GRB), che perdura finchè tutta la materia stellare viene inghiottita o dispersa, e si conclude con un'esplosione che lascia come residuo il solo buco nero. I GRB dovuti alle Collapsar sono i più intensi e duraturi, e sono in grado di strappare l'atmosfera di un pianeta a 100 anni luce di distanza.

 

Fusione (coalescenza) di due stelle di Neutroni

Credits: Chandra Educational
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Nel video:
Due Stelle di Neutroni in orbita l'una intorno all'altra (si tratta di oggetti esotici, ex nuclei di supernove che sono stati compressi al punto da causare un collasso degli elettroni sui protoni dei nuclei atomici, formando così un astro quasi interamente costituito di neutroni).
Col tempo, oggetti estremamente densi come questi possono disperdere energia gravitazionale sotto forma di onde gravitazionali e avvicinarsi sempre di più. Arrivate a distanza ravvicinata l'emissione di onde accelera sempre di più e le due stelle crollano l'una sull'altra fondendosi e formando un buco nero. La fusione libera un'enorme quantità di energia sotto forma di un getto di materia ma soprattutto di raggi Gamma, che vengono emessi lungo dai poli lungo l'asse di rotazione del buco nero risultante. Questo fenomeno è uno dei migliori candidati a spiegare i Gamma Ray Burst (GRB) di breve durata (pochi sencondi), scoperti negli anni '70.

 

Nuclei galattici attivi

Credits: Chandra Educational
Download: MPEG High (1,3MB)
Nel video:
una "plume", un getto potentissimo di materia ed energia fuoriesce dal nucleo di una galassia attiva. Il getto è dovuto alla presenza di un buco nero supermassiccio al centro della galassia. Si presume che più o meno tutte le galassie ne abbiano uno al centro, ma generalmente l'attività del nucleo si esaurisce nelle prime fasi di vita della galassia (si parla in questo caso di Quasar). Tuttavia, quando per qualche ragione, della materia, o una stella sfortunata, finiscono per avvicinarsi troppo al nucleo galattico, ecco che vengono catturati e, nel processo di cattura e inghiottimento (vedi box a destra: stelle come cannoni), si generano questi imponenti getti, che nei casi più eccezionali percorrono il mezzo intergalattico per milioni di anni luce, sconvolgendolo.

Credits: Chandra Educational
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Quicktime High(20MB) - Low(2.5MB) / MPEG High(5MB) - Low(3.5MB)
Nel video:
un lunghissimo zoom dalle propaggini esterne di una galassia a spirale fino al nucleo attivo, dominato da un buco nero supermassiccio.

Credits: Chandra Educational
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Quicktime High (73MB)
Nel video:
il getto relativistico generato da un buco nero supermassiccio attraversa il mezzo interstellare e interagisce con una piccola galassia satellite incontrata sul percorso.

 

 

 

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Stelle come cannoni

Oggetti come stelle di neutroni e buchi neri in rapida rotazione - oggetti quindi estremamente densi e dotati di un intensissmo campo gravitazionale - possono dare luogo, in opportune condizioni, a violenti getti di materia ed energia che fuoriescono dai poli dell'astro.

I dettagli fisici possono differire anche significativamente a seconda delle condizioni di partenza (natura e velocità di rotazione dell'oggetto, presenza di un campo magnetico o una carica elettrica netta ecc.) ma a grandi linee la formazione di questi getti è riconducibile a uno stesso meccanismo, che rende conto di numerosi fenomeni astronomici osservati nel corso degli ultimi decenni.

Quando per qualche ragione (vedi i vari casi nei video a sinistra) una grande quantità di materia viene catturata dal campo gravitazionale di uno di questi oggetti, entra in orbita intorno ad esso formando un disco, detto disco di accresciemento", all'interno del quale la materia, tipicamente già allo stato di plasma, viene accelerata e surriscaldata violentemente. Parte di essa finisce per ricadere spiraleggiando sulla stella di neutroni, o per essere fagocitata dal buco nero; mentre parte, ulteriorormente accelerata, riesce a sfuggire lungo i poli, incanalata dai forti campi magnetici che questi oggetti in rapida rotazione generano. Il risultato è una sorta di cannone stellare in grado di pompare grandi quantità di materia ionizzata a velocità elevatissime (oltre il 99% della velocità delle luce), che a sua volta genera potenti emissioni di Raggi X e Gamma a seconda delle energie in gioco.

A questa categoria di fenomeni appartengono i gamma Ray Burst (GRB), i fenomeni di gran lunga più energetici mai osservati. Nel febbraio scorso è stato osservato il GRB più potente mai registrato. Per due minuti, un GRB in una galassia a 13 miliardi di anni luce di distanza, è stato più luminoso dell'intero Universo nella banda dei raggi Gamma.

Fenomeni di questa violenza sono sempre stati registrati a grande distanza da noi, in quanto erano molto più frequenti nelle prime fasi di vita dell'Universo, quando abbondavano le stelle giganti, oggi assai più rare.

 

Moebius è andato sulla Luna!


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