Scoperto nuovo tipo di pulsar: emette raggi ” a singhiozzo”

© NASA/Fermi/Cruz de Wilde

Gli scienziati del Max Planck Institute hanno scoperto una giovane stella di neutroni (chiamata pulsar J1838-0537), con una rotazione molto rapida, altamente irregolare, che emette solo raggi gamma, ma in un modo particolare: a “singhiozzo”. Lo studio mostra non solo l’esistenza di un nuovo tipo di pulsar rispetto a quelli fino ad ora conosciuti, ma offre spunti interessanti per capire l’origine delle radiazioni cosmiche di fondo, come i raggi gamma.

Una pulsar è il nucleo che sopravvive alla morte di un corpo celeste. Quando una stella di massa cospicua collassa e implode, si ha un’esplosione di supernova che lascia dietro di sé un residuo di neutroni che ruota vorticosamente, ed è tenuto insieme da un campo magnetico molto forte. Le prime stelle di neutroni sono state scoperte grazie alle onde radio che emettono dai poli magnetici.

Di solito la velocità di rotazione della stella genera un campo magnetico molto forte dal quale vengono emessi due tipi di onde elettromagnetiche: i raggi gamma (nello spettro del viola) dalla superficie della stella, e onde radio (nello spettro del verde) dai due poli. C’è una difficoltà insita nel metodo di osservazione basato sulle onde radio. Se l’asse di rotazione e i poli magnetici della pulsar non sono allineati perfettamente, i raggi emessi divergono con un’angolazione così ampia da essere difficilmente rilevabili. I radiotelescopi riescono a catturare un segnale solo se accade che almeno uno dei due raggi sia diretto verso il nostro pianeta. Eventualità certamente probabile, ma non così frequente.

Negli ultimi anni, nella comprensione di questi bracieri stellari sono stati fatti numerosi passi avanti grazie al satellite FERMI realizzato dalla NASA e coordinato dall’Agenzia Spaziale Italiana in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (IFIN). Le scoperte più significative sono state condotte con metodi che sfruttano l’osservazione dei raggi gamma e riguardano le pulsar che non emettono onde radio. Questi tipi di stelle sono molto difficili da identificare: sono sconosciute le loro caratteristiche, i periodi di rotazione, i cambiamenti nel corso del tempo, la loro posizione nel cielo.

Di conseguenza, è possibile determinare la loro posizione in modo approssimativo, facendo leva sulle osservazioni del satellite FERMI. Una conferma e approfondimento dei dati acquisiti mediante il satellite FERMI si è avuta di recente, sfruttando una serie di algoritmi originariamente ideati per studiare le deviazioni gravitazionali. Bruce Allen, direttore dell’Albert Einstein Institute di Hannover (AEI) ha sottolineato che “l’utilizzo di questi nuovi algoritmi nel computer ATLAS ha permesso di identificare una serie di segnali impossibili da catturare in altro modo”.

Già nel 2011 il gruppo di ricerca coordinato da Bruce Allen aveva annunciato la scoperta di nove pulsar a emissione di raggi gamma (le Fermi-pulsar). Le ultime acquisizioni teoriche concernono la pulsar J1838-0537. Si sa che non emette onde radio, è giovane e ruota molto velocemente attorno al suo asse, nella misura di sette volte al secondo, ed è localizzata verso la costellazione dello Scudo (Scutum Sobiescii). Pur essendo stata osservata per la prima volta nel settembre del 2009, poi scomparve all’improvviso. Inspiegabilmente. Solo ora il gruppo di ricerca coordinato da Bruce Allen ha risolto il mistero.

La pulsar J1838-0537 non era affatto scomparsa. Aveva iniziato a ruotare più velocemente di quanto stesse facendo in precedenza (nella misura di 38 milionesimi di Hertz). “Questa differenza può sembrare trascurabile, ma è la più grande anomalia mai misurata in una pulsar a soli raggi gamma”, spiega Bruce Allen. E questo comportamento non è privo di conseguenze. Uno dei suoi collaboratori, Holger J. Pletsch, ne mette in evidenza alcune: “se l’improvvisa variazione di frequenza viene trascurata, dopo solo otto ore di osservazione un’intera rotazione della pulsar si perde. Gli algoritmi non sono più in grado di renderne conto. In questo modo, non è più possibile determinare in quale fase della rotazione i fotoni dei raggi gamma raggiungono il rivelatore a bordo di FERMI”. E questo determina la “scomparsa” del “lampeggiante” della stella di neutroni e la conseguente emissione di raggi gamma a “singhiozzo”. Se, invece, i ricercatori prendono in considerazione l’anomalia, e correggono il cambio di rotazione, la pulsar “riappare”.

Allo stato attuale degli studi, le cause di questa anomalia rotazionale restano sconosciute. Le spiegazioni possibili sono molte: dai terremoti sulla crosta all’attrito con la superficie causato dal fluido interno alla pulsar. I passi avanti nella conoscenza della struttura interna di questi corpi celesti sono notevoli rispetto al passato, ma le zone d’ombra restano molte.

Nella speranza di colmarne almeno alcune, dopo la scoperta dei dati dal satellite Fermi, i ricercatori hanno puntato il radiotelescopio di Green Bank, (West Virginia, USA) nella posizione della pulsar J1838-0537. Dopo più di due ore di osservazione non sono state osservate altre stelle di neutroni simili. Tuttavia, sono numerose le coincidenze con le osservazioni del Sistema Stereoscopico ad Alta Energia (HESS) in Namibia, il cui scopo è studiare l’emissione di raggi gamma nello spazio. Gli astronomi hanno infatti trovato una fonte estesa di questa radiazione nei pressi della pulsar J1838-0537, ma non sono ancora stati in grado di chiarire la sua natura.

Dal momento che le pulsar alimentano venti di particelle che possono produrre venti di nebulose (le Pulsar Wind Nebulae (PWN) o plerioni, fatte di gas incandescente e magnetizzato), la scoperta della pulsar J1838-0537 sembra confermare che all’origine delle emissioni di raggi gamma ci siano proprio i plerioni. Soprattutto in questa direzione sta lavorando il gruppo di ricercatori guidato da Bruce Allen: oltre all’ATLAS, è stato implementato un nuovo sistema di calcolo distribuito, noto come Eistein@Home, volto a registrare i segnali di particolari tipi di stelle, come buchi neri e pulsar.

Gli scienziati sono decisamente ottimisti in merito ai risultati raggiungibili: uno degli obiettivi immediati è quello di scoprire la prima pulsar a emissione di raggi gamma con un periodo di rotazione nell’ordine del millisecondo.