La “pasta nucleare” nelle stelle di neutroni è il materiale più resistente dell’universo

Crediti: NASA Goddard Space Flight Center/CI Lab. Animazione: una densa e caldissima nuvola di polveri cosmiche che si stacca dalla collisione di due stelle di neutroni
(Crediti: NASA Goddard Space Flight Center/CI Lab. Animazione: una densa e caldissima nuvola di polveri cosmiche che si stacca dalla collisione di due stelle di neutroni)

Strati di gnocchi, spaghetti o lasagne. Non stiamo parlando di cucina, ma della materia che compone alcune stelle nell’Universo. Già perché dentro le densissime stelle di neutroni potrebbe esistere una sostanza ultraconsistente, denominata dagli scienziati pasta nucleare, che oggi è risultata essere il materiale più resistente dell’universo. Già in precedenza gli autori l’hanno differenziata, in base alla sua forma, in gnocchi, spaghetti o lasagne: insomma, non è una burla giornalistica, ma un nome scherzoso attribuito a questa materia proprio dai fisici, vista la somiglianza con la pastasciutta. Lo studio, dal titolo The Elasticity of Nuclear Pasta, è stato accettato per la pubblicazione su Physical Review Letters ed è pubblicato in preprint su ArXiv. Ecco di che si tratta.

Le stelle di neutroni sono corpi celesti super-compatti e molto densi: il diametro è solo di qualche decina di chilometri, dentro i quali è concentrata una quantità davvero elevata di materia, pari a qualche massa solare. Questi corpi rappresentano la tappa finale della vita di alcune stelle di grande massa e si formano a causa del collasso gravitazionale del nucleo di queste ampie stelle.

In queste stelle, i neutroni si compattano in modo da formare un blocco di materiale denso, che ha un comportamento piuttosto bizzarro. Mano a mano che ci si avvicina al nucleo della stella, infatti, la densità cresce sempre di più e questi neutroni sono strizzatissimi e compressi a pressioni estrema, tanto da risultare fusi e deformati. E nel nucleo della stella il materiale somiglia alla pastasciutta – di qui il nome di pasta nucleare, spiegano gli autori: alcune strutture sono di forma sottile a appiattita, simili agli strati paralleli che compongono le lasagne, mentre altre sono a forma di tubi cilindrici e regolari, come spaghetti, e altre ancora sono numerose piccole palline tondeggianti, proprio come gli gnocchi. Certo, la consistenza è ben diversa da quella della pastasciutta: basti pensare che la loro densità (la misura del rapporto fra la massa e il volume) è pari a 100 bilioni (migliaia di miliardi) di volte quella dell’acqua e circa 18 bilioni di volte quella della Terra. Insomma, nulla di paragonabile a qualcosa che possiamo conoscere o immaginare.

Nello studio i ricercatori hanno esaminato le proprietà di questo materiale, in particolare la sua elasticità (ovvero quanto resiste a una deformazione prima di rompersi). Per farlo hanno impiegato complesse simulazioni di dinamica molecolare degli ioni nei vari strati della stella dei neutroni. Al fine di ottenere una stima numerica dell’elasticità, inoltre, hanno misurato il modulo di taglio. Questo modulo fornisce una misura di quanto il materiale resiste senza rompersi rispetto all’entità dello stress che gli viene applicato. In base ai risultati, è emerso che la pasta nucleare potrebbe essere il materiale più resistente al mondo: infatti il suo modulo di taglio è altissimo ed è pari a circa 1030 erg per centimetro cubo (energia su volume). Una misura, questa, che fa intuire che la forza necessaria per rompere la pasta è 10 miliardi di volte superiore rispetto a quella per spezzare l’acciaio.

L’ampia forza e la densità della pasta nucleare, scrivono gli autori nelle conclusioni, suggeriscono l’ipotesi che la crosta esterna della stella di neutroni, ovvero gli strati che racchiudono la pasta nucleare e che hanno una densità inferiore, abbia una struttura irregolare, grumosa, ovvero un andamento simile a quello delle montagne (cime e valli), e non piatto e levigato. E proprio questa struttura irregolare potrebbe favorire, nei punti di rottura degli strati esterni della stella di neutroni, la produzione di onde gravitazionali continue. Rappresentando così una delle principali sorgenti di questi eventi, che potrebbero essere rilevati da grandi esperimenti come Ligo, Virgo e altri rilevatori di onde gravitazionali.

Riferimenti: arXiv

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