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La curiosità del mese

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Anelli mancanti

La curiosità del mese di giugno 2017 a cura di Tomaso Belloni


Fig. 2 - Clicca sull’immagine e vai alla pagina wiki con l’animazione di una pulsar.
Fig. 2 - Clicca sull’immagine e vai alla pagina wiki con l’animazione di una pulsar.

Nella curiosità di ottobre 2010 abbiamo parlato di come le pulsar vengano accelerate fino a rotazioni di centinaia di volte al secondo.
Fino a una ventina d’anni fa fa questa era solo una teoria, ma da allora molte cose sono cambiate.
La prima pulsar veloce è stata scoperta nel 1982. Vent’anni prima, con la nascita dell’astronomia X, era stato scoperto il primo sistema binario contenente una stella di neutroni che accresce materia da una compagna (anche se nel 1962 non si sapeva).
Questi oggetti sono naturalmente i candidati per essere quelli in cui le pulsar vengono accelerate e mentre una stella di neutroni accresce non può funzionare il meccanismo di pulsar radio.
Però la materia che accresce avrebbe dovuto portare alla rivelazione di una pulsazione in raggi X, come in sistemi di tipo diverso, ma nonostante osservazioni sempre più sensibili non si era mai visto niente dalla ventina di binarie scoperte dopo la prima. Era un problema.
Questo fino al 1999, quando è stata scoperta la prima pulsar in un sistema binario in accrescimento del tipo giusto, con una rotazione di 401 giri al secondo.
Da allora se ne sono scoperte una quindicina. Come mai prima no e adesso sì?
Si tratta di sistemi di bassa luminosità, mentre quelli più noti sono sorgenti brillantissime.
Evidentemente la presenza di un accrescimento molto forte, con molto gas in giro, non permette al segnale di uscire e raggiungerci (adesso conosciamo la rotazione anche di molte di queste, ma ne parleremo in una curiosità futura).

Fig. 2 - Immagine artistica delle tre missioni Rossi XTE lanciato il 30 dicembre 1995 (in alto a sinistra), BeppoSAX lanciato il 30 aprile 1996 (in alto a destra) e INTEGRAL lanciato il 17 ottobre 2002 (in basso al centro).
Fig. 2 - Immagine artistica delle tre missioni Rossi XTE lanciato il 30 dicembre 1995 (in alto a sinistra), BeppoSAX lanciato il 30 aprile 1996 (in alto a destra) e INTEGRAL lanciato il 17 ottobre 2002 (in basso al centro).

Questo segnale di 401 rotazioni al secondo è stato scoperto con il satellite NASA RossiXTE in una sorgente debole e ritenuta poco interessante, scoperta qualche anno prima dal satellite italiano BeppoSAX. Attenzione a cosa si considera poco interessante ...

Fig. 3 - In questa immagine artistica si mostra la fase di pulsar radio (sopra) e la fase di accrescimento (sotto) in cui scompare il meccanismo di pulsar. In genere l'emissione radio soffia via il gas che arriva dalla compagna fino a che si crea il disco di accrescimento che oscura l'emissione radio. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center
Fig. 3 - In questa immagine artistica si mostra la fase di pulsar radio (sopra) e la fase di accrescimento (sotto) in cui scompare il meccanismo di pulsar. In genere l’emissione radio soffia via il gas che arriva dalla compagna fino a che si crea il disco di accrescimento che oscura l’emissione radio. Vedi anche animazione della NASA su YouTube: NASA - Fermi Catches a "Transformer" Pulsar. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center.

A questo punto la teoria regge piuttosto bene. Vediamo le pulsar veloci e vediamo anche i sistemi binari che sono loro progenitori.
Quello che mancava però era di scoprire un sistema binario in transizione.
Ovviamente il processo di trasformazione da accrescimento a pulsar radio è molto lento, ma ci sarà un regime in cui una pulsar è in condizione di alternare fra i due regimi, diciamo in cui non sa ancora decidersi.
Nel 2007 viene scoperta nella banda radio una nuova pulsar veloce, PSR J1023+0038.
Andando a guardare dati di archivio di spettri ottici si è visto che sette anni prima aveva mostrato segni di essere in accrescimento.
Un po’ indiretta come evidenza, ma punta nella direzione giusta.
Finalmente nel 2013 viene osservato il primo sistema che prima è una cosa e poi l’altra, per poi tornare alla prima.
Il satellite dell'ESA INTEGRAL rivela una nuova sorgente X, IGR J1825-2452 (per una discussione sui nomi, vedi la curiosità del maggio 2012) nell’ammasso globulare M28.
Emette fortemente in X, quindi è in accrescimento, e pulsa 254 volte al secondo.
Dalla modulazione della pulsazione per effetto doppler si scopre anche il periodo orbitale del sistema binario.
Proprio in quell’ammasso, dove è difficile distinguere gli oggetti perchè centinaia di migliaia di stelle sono racchiuse in una piccola area di cielo, si conosceva una pulsar radio con esattamente lo stesso periodo di rotazione e lo stesso periodo orbitale, pulsar radio che adesso è sparita.
La probabilità che si tratti di un caso è infinitesima: la stella di neutroni ha cominciato a accrescere materia dalla sua compagna e da pulsar è diventata sorgente X.
Un paio di mesi dopo l’emissione X è sparita e la pulsar radio è ricomparsa.
Da allora si sono scoperti diversi altri sistemi in transizione e si è visto che hanno proprietà di accrescimento peculiari, cosa non sorprendente trattandosi di oggetti peculiari.
Una spettacolare conferma della teoria dell’evoluzione delle stelle di neutroni in sistemi binari!


Per saperne di più

NASA’s Fermi Catches a "Transformer" Pulsar - NASA Goddard Media Studios (in inglese)

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