Un team internazionale di scienziati, guidato da ricercatori delle università di Newcastle, Leeds (Regno Unito) e di istituti francesi, ha compiuto una svolta nella comprensione dei campi magnetici più potenti dell’Universo, quelli delle magnetar. Grazie a complesse simulazioni numeriche, il team ha identificato un meccanismo, la dinamo Tayler-Spruit, che spiega la formazione delle magnetar a basso campo, una tipologia di stelle di neutroni con campi magnetici meno intensi rispetto alle magnetar “tradizionali”.
La dinamo Tayler-Spruit svela il mistero dei magnetar a basso campo
Le magnetar sono stelle di neutroni, oggetti estremamente densi e compatti che si formano in seguito al collasso gravitazionale di stelle massicce durante le esplosioni di supernova. Ciò che le contraddistingue è la presenza di campi magnetici estremamente intensi, miliardi di volte superiori a quelli misurabili sulla Terra. A partire dal 2010, sono state scoperte alcune magnetar con campi magnetici sorprendentemente più deboli, le cosiddette magnetar a basso campo, la cui origine era rimasta un enigma per gli astrofisici.
Il nuovo studio ha svelato che il meccanismo responsabile della formazione dei campi magnetici nelle magnetar a basso campo è la dinamo Tayler-Spruit. Questo processo, innescato dal riflusso di materiale sulla stella di neutroni appena formata (proto-neutronica), genera correnti elettriche che amplificano il campo magnetico.
Nelle esplosioni di supernova, gran parte degli strati esterni della stella massiccia vengono espulsi nello spazio, ma una parte del materiale ricade sulla proto-neutronica, facendola ruotare sempre più velocemente. Questa rotazione, combinata con il moto convettivo del materiale all’interno della stella, attiva la dinamo Tayler-Spruit, che converte l’energia meccanica del moto dei fluidi in energia magnetica, dando origine al campo magnetico.
Attraverso simulazioni numeriche avanzate, i ricercatori hanno modellato l’evoluzione magnetotermica di queste stelle, dimostrando come questo specifico processo dinamo possa effettivamente generare i campi magnetici “deboli” osservati nelle magnetar a basso campo.
“Le stelle di neutroni nascono nelle esplosioni di supernova“, ha spiegato il dott. Andrei Igoshev, ricercatore presso la School of Mathematics, Statistics and Physics della Newcastle University e autore principale dello studio: “La maggior parte degli strati esterni delle stelle massicce viene rimossa durante la supernova, ma parte del materiale ricade, facendo girare la stella di neutroni più velocemente. I ricercatori dimostrano che questo processo svolge un ruolo molto importante nella formazione di un campo magnetico tramite il meccanismo dinamo di Tayler-Spruit”.
Questa scoperta non solo risolve il mistero della formazione delle magnetar a basso campo, ma fornisce anche nuove informazioni sulla fisica delle stelle di neutroni e sull’origine dei campi magnetici nell’Universo. Il team di ricerca prevede di continuare a studiare questi affascinanti oggetti celesti, con l’obiettivo di comprendere appieno la loro evoluzione e il loro ruolo nel panorama cosmico.
Magnetar e magnetar a basso campo: una differenza fondamentale
Le magnetar sono stelle di neutroni, oggetti celesti estremamente densi con campi magnetici incredibilmente intensi, centinaia di trilioni di volte più forti di quelli terrestri. Questi campi magnetici sono responsabili delle intense emissioni di raggi X che caratterizzano questi oggetti. Tuttavia, esistono anche magnetar meno magnetizzate, conosciute come magnetar a basso campo, che presentano emissioni di raggi X simili, ma con campi magnetici meno potenti. L’origine di questa differenza è stata a lungo un mistero per gli scienziati.
Il dottor Igoshev e il suo team hanno dimostrato che il meccanismo responsabile della formazione dei campi magnetici nei magnetar, inclusi quelli a basso campo, è la dinamo Tayler-Spruit. Questo processo converte il movimento del plasma all’interno della stella di neutroni in energia magnetica, amplificando il campo magnetico.
Grazie a simulazioni al computer avanzate, i ricercatori sono stati in grado di riprodurre il meccanismo della dinamo Tayler-Spruit e di studiarne l’evoluzione nel tempo. Le simulazioni hanno confermato che questo processo può effettivamente generare i campi magnetici complessi osservati nei magnetar, con un campo interno molto più intenso di quello esterno: “Il campo magnetico formato tramite questo meccanismo è molto complicato con il campo interno all’interno della stella, che è molto più forte di quello esterno”, ha affermato il dottor Igoshev.
La scoperta del ruolo cruciale della dinamo Tayler-Spruit nella formazione dei campi magnetici nei magnetar apre nuove prospettive di ricerca. Il dottor Igoshev sta istituendo un nuovo gruppo di ricerca presso l’Università di Newcastle per approfondire lo studio dei complessi campi magnetici delle stelle di neutroni.
La ricerca del team apre scenari inediti per la verifica delle dinamo estreme che operano nelle proto-stelle di neutroni (proto-NS). I ricercatori hanno evidenziato come differenti dinamo lascino impronte uniche sulle configurazioni del campo magnetico, consentendo l’identificazione dei diversi processi di amplificazione magnetica attraverso l’analisi delle proprietà magneto-termiche di giovani stelle di neutroni isolate.
Conclusioni
Sebbene la formazione di magnetar a basso campo sia stata collegata alla dinamo di Tayler-Spruit, la formazione delle magnetar classiche, così come la struttura interna dei loro campi magnetici, rimane una questione ancora aperta e oggetto di ulteriori indagini.
Lo studio è stato pubblicato su Nature Astronomy.
