E’ sempre emozionante assistere in diretta a qualche record mondiale, soprattutto se aprono nuove strade al futuro delle competizioni a cui si riferiscono. I nostri “campioni” sono tutti e tre stellari, ma appartengono a diverse categorie, un po’ come i pugili: i buchi neri, le pulsar e le nane bianche. Oggetti molto massicci, che sembravano essere giunti alla fine della loro “carriera”. E, invece, ci stupiscono ancora…

Pesi medi

Cominciamo con la categoria dei pesi medi: le nane bianche. Sappiamo benissimo quali stelle terminano la loro vita in questo modo. Non per niente è proprio ciò che deve aspettarsi il nostro Sole. Tuttavia, le cose si complicano e si prolungano del tempo quando la stella appartiene a un sistema binario.

Una nana bianca che sia accoppiata a una stella “normale” non si spegne raffreddandosi lentamente, ma subisce  tentativi di rianimazione da parte della compagna. Se quest’ultima è anch’essa abbastanza anziana e riempie il suo lobo di Roche, comincia a fare una respirazione “bocca a bocca", trasferendo il suo materiale sulla piccolissima e densissima nana. Non riesce, comunque, a riportarla in vita, ma le fa vivere momenti esaltanti, a volte unici e a volte ripetitivi.

Se la massa trasferita ingrassa la nana bianca fino a farle superare il ben noto limite di 1.4 masse solari, lo spettacolo è assicurato e si produce una supernova di tipo Ia. Tutto dipende, però, dalla massa della nana bianca e dalla quantità di cibo che le viene fornito. In molti casi la nana bianca non ha voglia di aspettare  (o è inutile che aspetti) e quando la materia regalatagli è abbastanza densa e calda preferisce utilizzarla subito producendo un’esplosione nucleare nei suoi strati superficiali.

La materia viene espulsa, in attesa di ripetere la sceneggiata quando il cibo fornitole sarà di nuovo sufficiente. Il fenomeno prende il nome di nova, dato che gli antichi vedevano improvvisamente accendersi una “nuova” stella in cielo, che si spegneva dopo poco tempo.

Alla fine, probabilmente, il gioco si interromperà o perché la nana bianca deciderà di fare la seria e diventare supernova, oppure perché la sorella esploderà pure lei e dovrà  pensare ai fatti suoi…

Siamo comunque nei pesi medi e l’energia dei pugni non è spaventosa. Le esplosioni ricorrenti della nova sono energetiche ma producono fotoni che arrivano mediamente solo fino ai raggi X. Recentemente, però, ecco un record assoluto: una nova si è fatta notare per l’emissione di raggi gamma. In poche parole, ha tirato fuori un “gancio” da pesi massimi!

Il nostro puglie così speciale si chiama V959 Mon e si trova a 6500 anni luce da noi. Valeva la pena cercare di conoscerlo meglio e capire come riusciva a tirare fuori tanta energia. Per vedere i particolari non restava che usare i radio telescopi più grandi al mondo e vedere cosa stava succedendo in quel “ring”.

Fortunatamente se una sorgente emette nei raggi gamma le particelle coinvolte nei vari getti di materia devono raggiungere altissime velocità e, nell’attorcigliarsi con il campo magnetico, danno luogo anche a onde radio. Il VLBI e il VLBA sono stati subito puntati verso lo strano pugile. L’altissima risoluzione di questi strumenti, che si distendono per migliaia di chilometri, hanno permesso di studiare molto bene il combattimento che ha luogo su quel “quadrato” così lontano. L’inizio è abbastanza normale. Quando la materia che avvolge la nova è sufficiente, avviene l’esplosione nucleare che produce una nube di forma ellittica (più estesa all’equatore) che si espande verso l’esterno con  una certa velocità, relativamente modesta.

Nel frattempo, però, dai poli della nana bianca viene espulsa materia ad altissima velocità (ancora una volta il campo magnetico fa da acceleratore) che non può che scontrasi con le particelle che si stanno espandendo più lentamente. Gli scontri sono sempre violenti e permettono di fornire energia e di fare accelerare le particelle coinvolte che riescono a emettere anche nei raggi gamma.

Nelle immagini radio si vedono proprio delle specie di “nodi” dove si ha sia l’emissione radio che quella gamma. Potendo leggere il movimento e la trasformazione dei nodi nel radio è come se si riuscisse a leggere ciò che capita nei gamma.

Un record mondiale? Sicuramente sì… ma come tutti i record è probabilmente destinato a essere superato. Dopo aver visto in diretta quello che può capitare in un sistema binario che si diverte a causare nove ripetitive, ci si è interessati di più a eventi gamma un po’ trascurati. Tra questi vi saranno sicuramente i campioni del futuro. Il loro guaio è che sono più lontani, ma la tecnologia radio migliora sempre più e non dubitiamo che tra poco vedremo nuovi eccezionali incontri di pugilato. Ci insegneranno sicuramente molti nuovi risvolti di certe fasi delle vite di coppia stellare.

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Pesi medio-massimi

Qualcosa di analogo è successo anche nei pesi medio-massimi, quelli che coinvolgono le stelle di neutroni. Sappiamo benissimo che queste stelle soffrono di complessi d’inferiorità verso i buchi neri. Sarebbe bastata un po’ di massa in più e sarebbero diventate gli oggetti più studiati e misteriosi dell’Universo. E invece si devono accontentare di avere stritolato un po’ di atomi e aver trasformato lo stato della loro materia senza arrivare fino in fondo. E’ un po’ come non essere né carne né pesce.

Sono proprio dei medio-massimi… vorrei ma non posso. Sono potentissime, ma quando non ci sono limiti al peso è facile trovare chi ti mette facilmente KO. E i pesi massimi, i buchi neri, non hanno limiti di peso. Un combattimento perso in partenza.

Ecco, però, che un classico buco nero, dotato di un’energia spaventosa si è dimostrato solo e soltanto un medio-massimo eccezionale, una pulsar.

Il palazzetto dello sport dove si svolgono questi eccezionali incontri di pugilato è la galassia M82. Essa mostra sorgenti eccezionalmente luminose nei raggi X. Questi segnali sono esattamente ciò che ci si aspetta dopo esplosioni di supernove talmente violente da assicurare la creazione di buchi neri. L’ultimo caso è stato veramente emblematico: SN2014J, una di quelle supernove proprio “col botto”, quelle che si vedono solo una volta al secolo. Tutto perfetto  allora?

Nemmeno per sogno. Si è deciso di andare a studiare attentamente queste sorgenti luminosissime nell’X.  Se non altro per vedere con che buchi neri si aveva a che fare. Oltretutto, si sa ormai bene che la luminosità di un buco nero (che deriva dal materiale che gli orbita intorno prima di essere fagocitato) cresce con le dimensioni del buco nero. Chi è più grande deve mangiare di più…

Un attimo, un attimo… vi è una sorgente ultraluminosa che sta pulsando. Bisogna localizzarla esattamente. NuSTAR ce la mette tutta e la identifica: accidenti, è veramente qualcosa di mostruoso, con  una luminosità pari a quella di dieci milioni di stelle come il Sole.  Non può essere un buco nero, però, dato che questi oggetti non possono pulsare. Non chiedetemi le ragioni profonde di questa diversità di comportamento. In modo semplicistico potremmo dire che nel caso del buco nero NON vediamo la stella, ma solo i suoi effetti sullo spazio-tempo al di fuori dell’orizzonte degli eventi e le sue ripercussioni sulla materia che spiraleggia. Nelle pulsar vediamo invece proprio la stella e ciò che capita realmente sulla sua superficie e attorno a lei. La rotazione del getto è proprio dovuto alla rotazione della stella.

Non vi sono dubbi: quel mostro di luminosità (M82X-2) è una stella di neutroni, una pulsar, in particolare. Eppure ha una luminosità 100 volte superiore a quanto ci si poteva spettare finora. Ciò vuole anche dire che ha superato alla grande il limite di Eddington, quel limite che fissa, più o meno, l’estremo superiore di luminosità di una stella. Se viene superato, la stella si disintegra dato che la radiazione stravince sulla gravità. Eppure non c’è dubbio. E’ una pulsar che ruota in 1.37 secondi.

Sarebbe meglio ricontrollare molte altre sorgenti ultraluminose nell’X. Sai mai che…? Sarà un caso eccezionale di medio-massimo o è una norma (almeno in M82). D’ora in poi, quando ci avviciniamo a una stella di neutroni teniamola in maggiore considerazione. Sa fare cose prodigiose, anche se ancora non sappiamo come…

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Pesi massimi

E arriviamo al terzo record. Siamo nella categoria dei massimi, dove, spesso e volentieri, il più grosso è quello che picchia di più. Non sempre, però, dato che a volte l’astuzia, la velocità e la tecnica riescono a superare la forza bruta. C’è poi qualcuno che usa un sistema tutto speciale: per apparire imbattibile e potentissimo si ingozza a più non posso, come nessuno finora.

I ricercatori  hanno fatto un paragone tipicamente “americano”: è un divoratore pazzesco di “hot dogs”, riuscendo a ingoiarne un miliardo di miliardi al minuto! Se non è un record questo… Il nostro buongustaio si chiama P13 ed è proprio un peso massimo, ossia un buco nero. Tuttavia, si mostra ben superiore a quello che è, e gioca tutto sulla sua apparenza che spaventerebbe chiunque.

Attualmente sta divorando una stella che gli è capitata a tiro (magari proprio la compagna, come una mantide religiosa) e la ingoia a una velocità che è 100 volte quella dei suoi pari categoria. L’incontro si svolge nel ring della galassia NGC7793 a 12 milioni di anni luce. P13 ha preso in giro gli studiosi per lungo tempo. Lo consideravano veramente un gigante, forse proprio quelli di massa intermedia che tanto si cercano. Normalmente, infatti, chi mangia di più è anche più massiccio. Questa è la regola comune. E invece, era tutto un bluff.

La sua luminosità supera di milioni di volte quella del Sole, mangia come un matto, ma non è assolutamente niente di speciale, forse ben poco superiore a un medio-massimo… Come si è  misurata la sua vera massa? Attraverso la stella che sta divorando. Essa è circa 20 volte più massiccia del Sole e la parte rivolta verso il buco nero è decisamente più luminosa, dato che viene illuminata dal fascio di raggi X che proviene dal materiale che sta cadendo verso il buco nero. Basta, allora, determinare il periodo di rivoluzione (64 giorni). Applicando la solita, mai obsoleta, meccanica classica si è determinato un valore massimo per la massa del buco nero. Grande delusione! Non più di 15 masse solari. Un vero record se pensiamo a quello che riesce a mangiare.

Un caso unico? Come al solito, è sempre difficile pensare di essere particolarmente fortunati (o sfortunati) e si è deciso di studiare meglio i buchi neri che emettono enormemente nei raggi X. Potrebbero essere anche loro dei piccoli pesi massimi che mangiano a quattro palmenti. Si è stabilito che P13 potrebbe completare il suo pranzetto in meno di un milione di anni. Accidenti… deve avere uno stomaco fantastico. Quasi quasi lo invidio!

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Tre storie di record, tre storie di pugili che sembrano fuori dal comune. Ma lo sono veramente o, invece, dobbiamo ristudiare da capo molte certezze che sembravano abbastanza acquisite. Questo Universo sembra proprio divertirsi con noi… Ogni volta che si crede di avere qualche certezza ecco che un nuovo record universale scombina tutte le carte. Forse Dio non gioca a dadi, ma chiunque esso sia… le pensa sicuramente di notte!

Ho letto da poco che qualcuno dice che le scoperte astrofisiche stanno passando un periodo deludente. Soprattutto perché la materia oscura non si riesce a trovare. Stiamo attenti a dire certe bestemmie. L’Universo continua  a metterci di fronte a nuovi puzzle, sempre più imprevedibili.

In fondo è ovvio. E’ un po’ come il nostro archivio. Ci vuole abbastanza poco per inserire gli articoli in poche grandi categorie e le “scoperte” sono rapide. Molto più difficile è creare nuove sottocategorie che identifichino molto meglio i vari articoli. L’astrofisica funziona un po’ nello stesso modo. A grandi linee si è ormai capita abbastanza bene e non siamo più nella sua infanzia quando le scoperte arrivavano a ritmo forsennato. Adesso, dobbiamo capire le situazioni più particolari e il tempo necessario cresce corrispondentemente.

Pensare a un Nobel fantastico ogni anno è una speranza che può avere solo chi non conosce l’astrofisica (e la fisica). Siamo in una fase di grande scoperte che stanno mettendo a punto le parti più noiose del puzzle, ma utilissime comunque. Ci vorrà tempo per un salto veramente innovativo. E più si conosce meglio l’Universo e sempre più lungo sarà il tempo necessario per una nuova scoperta rivoluzionaria. Non tutti gli anni si conferma una particella di Higgs… Calma, ragazzi, calma… e pensiamo con quali pochi fondi riesce a lavorare la Scienza vera e non prezzolata. Basterebbe avere una piccola percentuale di ciò che si regala (per niente) a certi organismi estremamente catastrofisti…

Non siamo alla TV dove ogni sera ci propinano una nuova fiction, ma stiamo cercando di entrare sempre più nei meandri di una costruzione spaventosamente grande e complessa. Prima di essere delusi, sarebbe meglio studiare ciò che si è fatto negli ultimi decenni. Le sorprese non mancherebbero…

A buon intenditor…