Magnetar, studio propone nuova teoria sulla loro formazione

Istantanee 3D delle linee del campo magnetico nella zona convettiva all'interno di una stella di neutroni appena nata: con una rotazione più lenta, il campo magnetico è fino a dieci volte più debole (credito: CEA Sacley)

Uno studio pubblicato su Science Advances proporre una nuova teoria per quanto riguarda la formazione delle magnetar, stelle di neutroni con i più forti campi magnetici mai osservati nel cosmo, la cui stesse origine rimane controversa.
Il nuovo modello sviluppato dagli scienziati del CEA, del Saclay, del Max Planck Institute for Astrophysics (MPA) e dell’Institut de Physique du Globe de Paris spiega questi campi magnetici giganteschi con l’amplificazione dei campi deboli già esistenti quando stelle di neutroni in velocissima rotazione nascono da stelle massicce che collassano su loro stesse.

Le stelle di neutroni sono oggetti molto compatti che possono arrivare a contenere fino a due masse solari in un raggio di circa 12 km. Le magnetar sono una sottocategoria delle stelle di neutroni caratterizzate da un’emissione molto forte dei raggi X e dei raggi gamma. Queste emissioni sono correlate a campi magnetici molto forti.
Si pensa che le magnetar ruotino molto velocemente e che abbiano un campo magnetico fortissimo, fino a 1000 volte più forte delle stesse stelle di neutroni che neanche scherzano in termini di campi magnetici.

Una delle teorie vede la formazione dei campi magnetici delle magnetar provenire dalle stelle progenitrici. Questi campi, cioè, sarebbero “innescati” dalla magnetizzazione del nucleo di ferro prima del collasso.
Tuttavia il problema con questa teoria sta nel fatto che gli stessi campi magnetici tendono a rallentare la rotazione del nucleo stellare.
“Questo non ci permetterebbe di spiegare le enormi energie delle esplosioni di ipernova e dei lampi di raggi gamma di lunga durata, in cui le stelle di neutroni in rapida rotazione o i buchi neri che ruotano rapidamente sono considerate come le fonti centrali delle enormi energie”, spiega H. -Thomas Janka, uno dei ricercatori del team che ha prodotto lo studio.

Nei secondi dopo il collasso del nucleo della stella, la stella di neutroni appena nata comincia a raffreddarsi e ad emettere neutrini. Questo processo produce poi forti flussi di massa interni, qualcosa simile al gorgoglio dell’acqua bollente in una pentola. Si tratta di movimenti molto violenti della materia i quali, per un effetto dominato “effetto dinamo”, possono rafforzare il campo magnetico precedentemente indebolito. Questo effetto è tra l’altro presente anche nel nucleo di ferro liquido terrestre oppure nell’involucro convettivo del Sole.

Per capire se una possibilità del genere può essere presa in considerazione anche per le stelle di neutroni, i ricercatori si sono affidati ad un supercomputer. Hanno simulato questi fenomeni in una stella di neutroni appena nata, molto calda e in rotazione molto rapida.
Il modello mostrava che, tramite l’effetto dinamo, i campi magnetici inizialmente indeboliti possono essere rafforzati e la rotazione può diventare più veloce fino ad un periodo inferiore a circa otto millisecondi.

“I nostri modelli dimostrano che periodi di rotazione inferiori a circa 8 millisecondi consentono un processo dinamo più efficiente della rotazione più lenta”, spiega Raphaël Raynaud del CEA, autore principale dellaricerca. “I modelli a rotazione più lenta non mostrano gli enormi campi creati da questa forte dinamo.”

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