About once every century, a massive star somewhere in our galaxy runs out of fuel. This happens after millions of years of heat and pressure have fused the star’s hydrogen into heavier elements like helium, carbon, and nitrogen— all the way to iron. No longer able to produce sufficient energy to maintain its structure, it collapses under its own gravitational pressure and explodes in a supernova. The star shoots most of its innards into space, seeding the galaxy with heavy elements. But what this cataclysmic eruption leaves behind might be even more remarkable: a ball of matter so dense that atomic electrons collapse from their quantum orbits into the depths of atomic nuclei. The death of that star is the birth of a neutron star: one of the densest known objects in the universe, and a laboratory for the strange physics of supercondensed matter.
Circa una volta ogni 100 anni, in qualche punto della nostra galassia una massiccia stella finisce il carburante. Ciò accade dopo che milioni di anni di calore e pressione hanno fuso l'idrogeno della stella in elementi più pesanti come elio, carbonio e azoto, fino al ferro. Non potendo più produrre sufficiente energia per mantenere la sua struttura, essa collassa sotto la sua pressione gravitazionale, esplodendo in una supernova. La stella scaglia nello spazio gran parte della sua materia, disseminando elementi pesanti nella galassia. Ma ciò che questa eruzione cataclismica si lascia dietro potrebbe essere ancora più rilevante: una palla di materia così densa che gli elettroni dell'atomo collassano dalle loro orbite quantistiche nelle profondità dei nuclei atomici. La morte di quella stella è la nascita di una stella di neutroni: è uno dei più densi oggetti conosciuti nell'universo,
But what is a neutron star? Think of a compact ball inside of which protons and electrons fuse into neutrons and form a frictionless liquid called a superfluid— surrounded by a crust. This material is incredibly dense – the equivalent of the mass of a fully-loaded container ship squeezed into a human hair, or the mass of Mount Everest in a space of a sugar cube. Deeper in the crust, the neutron superfluid forms different phases that physicists call “nuclear pasta,” as it’s squeezed from lasagna to spaghetti-like shapes.
nonché un laboratorio per la strana fisica della materia super-condensata. Ma cos'è una stella di neutroni? Immaginate una palla compatta in cui protoni e elettroni si fondono nei neutroni, formando un liquido senza attrito chiamato superfluido— circondato da una crosta. Questa materia è estremamente densa – l'equivalente della massa di una nave porta-containera a pieno carico compressa in un capello umano, o la massa del Monte Everest in una zolletta di zucchero. In profondità nella crosta, il superfluido di neutroni dà vita a diverse fasi che i fisici chiamano "pasta nucleare",
The massive precursors to neutron stars often spin. When they collapse, stars that are typically millions of kilometers wide compress down to neutron stars that are only about 25 kilometers across. But the original star’s angular momentum is preserved. So for the same reason that a figure skater’s spin accelerates when they bring in their arms, the neutron star spins much more rapidly than its parent. The fastest neutron star on record rotates over 700 times every second, which means that a point on its surface whirls through space at more than a fifth of the speed of light. Neutron stars also have the strongest magnetic field of any known object. This magnetic concentration forms vortexes that radiate beams from the magnetic poles. Since the poles aren’t always aligned with the rotational axis of the star, the beams spin like lighthouse beacons, which appear to blink when viewed from Earth. We call those pulsars. The detection of one of these tantalizing flashing signals by astrophysicist Jocelyn Bell in 1967 was in fact the way we indirectly discovered neutron stars in the first place. An aging neutron star’s furious rotation slows over a period of billions of years as it radiates away its energy in the form of electromagnetic and gravity waves.
perché passa dalla forma di lasagna a quella di spaghetti. I precursori di massa delle stelle di neutroni spesso ruotano. Quando collassano, stelle che normalmente sono larghe milioni di chilometri si comprimono in stelle di neutroni di appena un diametro di 25 chilometri. Ma il momento angolare della stella originaria viene preservato. Quindi nello stesso modo in cui un pattinatore accelera nelle piroette quando raccoglie le sue braccia, la stella di neutroni ruota molto più rapidamente della sua genitrice. La rotazione più veloce registrata per una stella di neutroni è di 700 giri/secondo, e ciò significa che un punto della sua superficie ruota nello spazio a più di un quinto della velocità della luce. Le stelle di neutroni hanno anche il più forte campo magnetico di qualsiasi oggetto conosciuto. Questa concentrazione magnetica forma vortici che propagano raggi dai poli magnetici. Dal momento che i poli non sono sempre allineati con l'asse di rotazione della stella, questi raggi ruotano come luci di un faro, che sembrano pulsare quando sono visti dalla Terra. Chiamiamo queste stelle Pulsar. Il rilevamento di uno di questi allettanti fasci luminosi da parte dell'astrofisico Jocelyn Bell nel 1967 è stato difatti il modo in cui indirettamente abbiamo scoperto le stelle di neutroni inizialmente. L'impressionante rotazione di una stella di neutroni che invecchia, rallenta nell'arco di miliardi di anni, disperde la sua energia sotto forma di onde elettromagnetiche
But not all neutron stars disappear so quietly. For example, we’ve observed binary systems where a neutron star co-orbits another star. A neutron star can feed on a lighter companion, gorging on its more loosely bound atmosphere before eventually collapsing cataclysmically into a black hole.
e gravitazionali. Ma non tutte le stelle di neutroni spariscono così tranquillamente. Per esempio, abbiamo osservato i sistemi binari dove una stella di neutroni orbita assieme ad un'altra stella. La stella di neutroni può alimentarsi dalla compagna più leggera, rimpinzandosi della sua atmosfera debolmente legata
While many stars exist as binary systems, only a small percentage of those end up as neutron-star binaries, where two neutron stars circle each other in a waltz doomed to end as a merger. When they finally collide, they send gravity waves through space-time like ripples from a stone thrown into a calm lake.
prima di collassare infine cataclismicamente in un buco nero. Mentre molte stelle esistono come sistema binario, solo una piccola percentuale di queste finiscono per diventare stelle di neutroni binarie, dove due stelle di neutroni orbitano tra di loro in un valzer destinato a terminare in una fusione. Quando alla fine collassano, inviano onde gravitazionali attraverso lo spazio-tempo
Einstein’s theory of General Relativity predicted this phenomenon over 100 years ago, but it wasn't directly verified until 2017, when gravitational-wave observatories LIGO and VIRGO observed a neutron star collision. Other telescopes picked up a burst of gamma rays and a flash of light, and, later, x-rays and radio signals, all from the same impact. That became the most studied event in the history of astronomy. It yielded a treasure trove of data that’s helped pin down the speed of gravity, bolster important theories in astrophysics, and provide evidence for the origin of heavy elements like gold and platinum.
come cerchi creati da un sasso lanciato in lago calmo. La teoria della relatività generale di Einstein ha previsto questo fenomeno oltre 100 anni fa, ma esso non si è potuto direttamente verificare fino al 2017, quando gli osservatori di onde gravitazionali LIGO e VIRGO osservarono lo scontro di una stella di neutroni. Gli altri telescopi rilevarono un'esplosione di raggi gamma e un lampo di luce, e, a seguire, raggi x e onde radio, tutti provenienti dallo stesse impatto. Questo è diventato l'evento più studiato nella storia dell'astronomia. Ha consegnato un tesoro di dati che ha contribuito a definire la velocità della gravità, a supportare importanti teorie nell'astrofisica,
Neutron stars haven’t given up all their secrets yet. LIGO and VIRGO are being upgraded to detect more collisions. That’ll help us learn what else the spectacular demise of these dense, pulsating, spinning magnets can tell us about the universe.
e a fornire la prova dell'origine degli elementi pesanti come l'oro e il platino. Le stelle di neutroni non hanno ancora rivelato tutti i loro segreti. LIGO e VIRGO sono stati migliorati per rilevare ulteriori collisioni. Ciò ci permetterà di apprendere cos'altro la spettacolare morte di questi densi, pulsanti e rotanti magneti