Gravità

La montagna più alta su una stella di neutroni può essere alta una frazione di millimetro

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La montagna più alta della Terra - misurata dalla sua base alla sua vetta - è il vulcano Mauna Kea a 10.200 metri (6,3 miglia) di altezza.

Su una stella di neutroni, la montagna più alta sarebbe a millimetro alto. Forse fino a un centimetro.

Questo secondo una nuova ricerca fatto guardando come funzionano questi oggetti minuscoli ma ridicolmente potenti. Può sembrare un po' esoterico chiedersi quanto può essere alta una montagna sul residuo ultra-compatto del nucleo di una stella massiccia, ma risulta avere alcune implicazioni piuttosto importanti per l'astronomia.



Stelle di neutroni si formano quando le stelle circa 8-20 volte la massa del Sole terminano la loro vita. Gli strati esterni della stella esplodono verso l'esterno come una supernova, ma il nucleo collassa verso il basso. Il nucleo inizia con un diametro di centinaia di migliaia di chilometri ma si contrae in una sfera larga meno di 30 chilometri. Tutti i protoni e gli elettroni negli elementi atomici nel nucleo (più gli antineutrini, se stai tenendo il punteggio) si combinano per formare neutroni, creando una stella di neutroni.

Sono incredibilmente, quasi irragionevolmente densi, con fino a cento milioni di tonnellate imballate in ogni centimetro cubo di materiale (chiamata neutronio ). Questo rende la loro gravità superficiale schiacciante, circa un miliardo di volte quella terrestre.

A miliardi . Su una stella di neutroni peserei quanto una piccola montagna.

Una stella di neutroni è incredibilmente piccola e densa, compattando la massa del Sole in una palla di pochi chilometri di diametro. Questa opera d'arte ne raffigura uno rispetto a Manhattan. Credito: NASAIngrandire

Una stella di neutroni è incredibilmente piccola e densa, compattando la massa del Sole in una palla di pochi chilometri di diametro. Questa opera d'arte ne raffigura uno rispetto a Manhattan. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA

Ma non sarei neanche lontanamente alto. La gravità è così forte che qualsiasi cosa tenti di accumularsi verrebbe schiacciata. Questo è vero anche sulla Terra: le montagne possono diventare così alte solo prima che il loro stesso peso le faccia crollare; la roba sopra spinge verso il basso quella sotto, che poi scorre via. Ecco perché le alte montagne sono fatte di roccia dura. Prova a farne uno con il fango e non diventerà molto alto prima di crollare.

Questo problema è miliardi di volte peggiore su una stella di neutroni. Un altro problema è che una montagna ha bisogno del supporto della crosta sottostante. La crosta terrestre può sopportare solo un certo peso prima che la pressione la faccia deformare, limitando anche le dimensioni delle montagne.

Anche una stella di neutroni ha una crosta di materiale ed è molto più forte di quella terrestre. Ma con un centinaio di miliardi di volte la forza verso il basso, anche una crosta di una stella di neutroni può sopportare solo così tanto.

Quanto?

Opera d'arte raffigurante il campo magnetico che circonda una stella di neutroni. Credito: Casey Reed / Penn State UniversityIngrandire

Opera d'arte raffigurante il campo magnetico che circonda una stella di neutroni. Credito: Casey Reed / Penn State University

Questo problema è stato affrontato dagli scienziati per un paio di decenni ormai, ma è difficile. Per uno, la gravità è così forte che l'uso delle semplici formule matematiche di Isaac Newton non funziona. Devi usare la Relatività Generale di Einstein, che è molto più complessa ma risolve le equazioni più facilmente.

Devi anche sapere quanto è forte la crosta di una stella di neutroni, e questo è un problema di meccanica quantistica, che è... difficile. Tuttavia, si possono fare delle approssimazioni che rendono più facile la determinazione. La solita risposta che troverai è che una montagna su una stella di neutroni può raggiungere un'altezza di circa 10 centimetri prima di sfondare la crosta.

Tuttavia, la matematica utilizzata per calcolarlo fa un presupposto divertente: che la montagna eserciti pressione sull'intera crosta, e non solo sul punto in cui si trova. Questa ipotesi rende la matematica molto più semplice, ma sembra chiaro che avrai un grosso problema localmente nel creare una montagna su una stella di neutroni molto prima che l'intera crosta si frantumi.

Il nuovo lavoro si occupa di questo. Scoprono che la dimensione critica di una montagna dipende da molti altri fattori, incluso il modo in cui è fatta (forse il materiale viene estratto da una stella compagna, o il campo magnetico malvagiamente forte sta aiutando a sollevare la materia dalla superficie). Quando fanno i loro calcoli, scoprono che la montagna più alta può essere alta fino a un centimetro ma può variare fino a meno di un millimetro, a seconda delle condizioni locali specifiche.

Una stella di neutroni rotante con un potente campo magnetico solleva particelle subatomiche intorno ad essa. Credito d'arte: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State UniversityIngrandire

Una stella di neutroni rotante con un potente campo magnetico solleva particelle subatomiche intorno ad essa. Credito d'arte: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University

Una montagna alta meno di un millimetro! È un diecimilionesimo più alto di Mauna Kea. Tuttavia, scalare sarebbe ancora miliardi di volte più difficile da scalare a causa della forte gravità. Sono esausto a scalare qualche migliaio di metri qui sulla Terra, quindi immagino che metterò da parte i miei piani di escursione per le stelle di neutroni.

Un altro modo di pensarlo: l'altezza di Mauna Kea è lo 0,08% del diametro della Terra. L'altezza di una montagna di 1 mm su una stella di neutroni è lo 0,000003% del suo diametro. Piccolissimo. Le stelle di neutroni sono liscio .

Tutto questo risulta avere implicazioni interessanti. Le stelle di neutroni tendono a ruotare rapidamente, impiegando da diversi secondi a talvolta solo una manciata di millisecondi per ruotare una volta. Nel tempo tale velocità rallenta poiché la stella di neutroni perde energia di rotazione a causa di vari fattori. Ad esempio, il suo potente campo magnetico può spazzare via particelle subatomiche cariche nello spazio circostante. Funziona come un paracadute, creando resistenza che rallenta la rotazione.

Ma possono anche irradiare onde gravitazionali, scuotendo letteralmente il tessuto dello spaziotempo . Un oggetto rotante perfettamente simmetrico come una sfera o anche una sfera appiattita non emetterà queste onde, ma qualsiasi deviazione da ciò volere crearli. Ad esempio, una protuberanza sul lato di una stella di neutroni. Che butta via la simmetria, creando le onde gravitazionali . Queste onde ottengono la loro energia dalla rotazione della stella, quindi quando vengono generate la rotazione della stella rallenta.

Non abbiamo mai rilevato queste onde da una stella di neutroni in rotazione, ma gli scienziati sperano di vederle un giorno. La dimensione della montagna determinerà quanta energia hanno le onde, quindi se vogliamo rilevarle dobbiamo capire come si comportano le montagne sulle stelle di neutroni.

Inoltre questi calcoli sono interessanti di per sé. Le stelle di neutroni sono affascinanti e terrificanti e la causa principale dietro molti fenomeni ancora più terrificanti come le magnetar (sì, leggi questo sulle magnetar se ne hai il coraggio). Quindi più li capiamo meglio è.

Ed è semplicemente fantastico. Una montagna più piccola di un granello di sabbia, ma che pesa trilioni e trilioni di volte di più! L'Universo è un posto così strano, e più ne apprendiamo, più strano e fantastico diventa.



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