Scava un solo cucchiaio di materiale di stella di neutroni e peserebbe circa 900 volte più della Grande Piramide di Giza. Niente di quella frase è un'esagerazione — è semplicemente quello che accade quando il nucleo di una stella morente viene schiacciato oltre il punto in cui gli atomi riescono a mantenere la loro forma.
Una stella di neutroni è ciò che rimane dopo il collasso di una stella massiccia. Non è un pianeta, non una stella normale e non proprio un buco nero — si trova nella stretta zona poco prima che la gravità vinca completamente. Gli astronomi hanno trovato esempi sempre più strani di loro sin dalla scoperta di Jocelyn Bell Burnell, da stelle che girano più velocemente di un frullatore da cucina a stelle il cui campo magnetico potrebbe cancellare una carta di credito da metà strada tra la Terra e la Luna.
Una stella schiacciata alle dimensioni di una città
Prendi una stella con circa 1,4 volte la massa del Sole e comprimila in una sfera di solo circa 10 chilometri (6 miglia) di diametro, e ottieni una stella di neutroni. È approssimativamente la larghezza di una piccola città, che contiene la massa di una stella che una volta bruciava per milioni di anni in un diametro che potresti attraversare in pochi minuti.
La compressione è così estrema che la materia ordinaria non può sopravvivere. I protoni e gli elettroni vengono forzati insieme nei neutroni, da cui l'oggetto prende il suo nome. Il risultato è così denso che un singolo cucchiaio di esso peserebbe circa 900 volte più della Grande Piramide di Giza — un fatto che smette di sembrare astratto nel momento in cui provi a immaginare un cucchiaio così pesante su un tavolo da cucina.
Il punto in cui anche una stella di neutroni si arrende
Le stelle di neutroni hanno un limite di peso, e superarlo significa diventare un buco nero. L'evento di fusione 2017 GW170817, ritenuto esser collassato in un buco nero poco dopo l'impatto, ha permesso agli astronomi di usare il suo segnale di onde gravitazionali per fissare quel limite a circa 2,17 masse solari per una stella di neutroni non rotante.
Le vere stelle di neutroni si avvicinano notevolmente a quel limite. La più massiccia confermata finora, una pulsar catalogata come PSR J0952-0607, pesa circa 2,35 masse solari, con il valore vero incerto di circa 0,17 in entrambe le direzioni. Questo la mette proprio al limite in cui una versione leggermente più pesante dello stesso oggetto smetterebbe di essere una stella.
Alcuni di questi ruotano più velocemente di un frullatore
Poiché una stella che collassa mantiene la maggior parte del suo spin originale mentre si riduce a una frazione della sua dimensione precedente, le stelle di neutroni finiscono per ruotare a velocità che non hanno confronto quotidiano. Il detentore del record, una pulsar chiamata PSR J1748-2446ad, completa 716 rotazioni ogni secondo — che funziona a 42.960 giri al minuto, con materiale sulla sua superficie che si muove a circa un quarto della velocità della luce.
Le stelle di neutroni rotanti che emettono radiazioni verso la Terra sono chiamate pulsar, perché dal nostro punto di vista il raggio assomiglia a un impulso ritmico, simile a un faro che passa accanto a una nave. Una tipica è solo circa 30 chilometri di diametro eppure riesce comunque a ruotare centinaia di volte al secondo mentre spara quel fascio di onde radio — e talvolta raggi X — nello spazio.
Un registratore grafico, 57 campi da tennis e una scoperta trascurata
Le pulsar sono state scoperte quasi per caso. Una studentessa di dottorato di Cambridge di nome Jocelyn Bell ha contribuito a costruire un radiotelescopio che copriva poco meno di due ettari di terreno, approssimativamente la stessa area di 57 campi da tennis. Invece di uno schermo, ha prodotto i suoi risultati in modo analogico: registrazioni su carta e penna che si estendevano per più di 30 metri ogni singolo giorno, che doveva esaminare a mano.
Sepolto in quella carta c'era un segnale troppo regolare per essere rumore. Bell e il suo supervisore Antony Hewish hanno pubblicato la scoperta nella rivista Nature, e la scoperta alla fine ha vinto un Premio Nobel — ma quando il Premio Nobel per la Fisica 1974 è stato assegnato per questo, l'onore è andato a Hewish e al suo collega Martin Ryle, non a Bell stessa, una decisione ancora dibattuta dai fisici oggi.
La caccia alle pulsar ha fatto molta strada da un mucchio di fogli stampati. Gli astronomi hanno ora catalogato più di 2.600 di loro, principalmente entro la Via Lattea, e le usano per cercare onde gravitazionali a bassa frequenza, mappare la struttura della galassia e testare la teoria della relatività generale di Einstein. Il radiotelescopio Parkes dell'Australia, che fece la sua prima osservazione di pulsar nel 1968, apparve in seguito accanto a un'immagine di una pulsar sulla prima banconota da 50 dollari dell'Australia — un raro caso di uno strumento scientifico sulla valuta.
Magnetar: i magneti più forti dell'universo
Alcune stelle di neutroni portano gli estremi ancora oltre. I magnetar sono una sottoclasse con campi magnetici così potenti che la fisica ordinaria inizia a piegarsi attorno a loro, e a luglio 2021 gli astronomi avevano confermato 24 di loro.
La scala di quel magnetismo è difficile da esagerare. Posizionato a metà strada tra la Terra e la Luna — la cui separazione media è 384.400 chilometri (238.900 miglia) — il campo di un magnetar potrebbe ancora cancellare i dati sulla striscia magnetica di ogni carta di credito del pianeta. Avvicinarsi a uno nella vita reale sarebbe una pessima idea, e fortunatamente i magnetar più vicini conosciuti non sono affatto così vicini.
Quando due di loro si scontrano
Le stelle di neutroni occasionalmente si orbitano reciprocamente abbastanza da spiralare e fondersi, e il risultato è uno degli eventi più violenti che gli astronomi possono osservare. Le onde gravitazionali da proprio questo tipo di collisione, chiamate GW170817, hanno raggiunto i osservatori LIGO e Virgo il 17 agosto 2017; la fonte era due stelle di neutroni che si fondevano dentro NGC 4993, una galassia nella costellazione dell'Idra circa 140 milioni di anni luce dalla Terra.
Quella fusione non è stata un caso isolato. Un lampo di raggi gamma chiamato GRB150101B, sospettato di essere un evento di fusione simile, è stato tracciato verso una posizione molto più lontana dalla Terra — circa 1,7 miliardi di anni luce di distanza — suggerendo che queste collisioni accadono più spesso nell'universo di quanto qualsiasi singola rilevazione potrebbe mostrare. Si pensa che ogni fusione forgi elementi pesanti che nessuna stella ordinaria può produrre, seminando l'universo di materiale che alla fine finisce nei pianeti e possibilmente nei gioielli.
Compagnia strana: una paura aliena e una copertina di album
Le stelle di neutroni hanno lasciato il loro segno ben oltre i giornali di astronomia. I primi pianeti confermati al di fuori del nostro sistema solare sono stati trovati nel 1992, e non stavano affatto orbitando una stella ordinaria — stavano orbitando la pulsar PSR B1257+12, una scoperta che ha sorpreso i ricercatori che erano stati alla ricerca di pianeti attorno a stelle simili al Sole.
Decenni prima, il primissimo segnale di pulsar era così regolarmente preciso che gli scienziati si sono brevemente chiesti se potesse essere un faro artificiale. Non lo era, ma un grafico del suo segnale ritmico ha avuto una seconda vita improbabile: la band post-punk inglese Joy Division ha scelto quel grafico di pulsar come opera d'arte per Unknown Pleasures, il disco del 1979 che ha lanciato il loro debutto — trasformando una lettura di fisica in una delle immagini più riconoscibili nella musica rock.