La curiosità del mese

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E due! E tre!

La curiosità del mese di ottobre 2016 a cura di Tomaso Belloni

Fig. 1 - Immagine artistica di una sorgente X ultra-luminosa (ULX). Crediti NASA.

Nella curiosità del mese di dicembre 2015 abbiamo parlato di sorgenti X ultra-luminose (ULX) e della scoperta di una pulsar in una di queste.
Non solo è possibile per un buco nero emettere ben oltre i limiti posti dalle teorie attuali, ma persino una stella di neutroni, così "leggera" rispetto a un buco nero, può farlo.

Fig. 2 - Immagine artistica del satellite ESA per l'astronomia X XMM lanciato il 10 dicembre del 1999. Crediti ESA.

Fig. 1 - Immagine artistica del satellite ESA per l’astronomia X XMM lanciato il 10 dicembre del 1999. Crediti ESA.

Ovviamente la prima scoperta di una pulsazione in una ULX ha spronato ricercatori di tutto il mondo a cercare altri segnali dello stesso tipo.
Negli ultimi giorni ci sono stati degli sviluppi.
Da qualche anno una collaborazione di ricercatori italiani, inglesi e tedeschi, sotto guida di Andrea De Luca all’istituto INAF/IASF di Milano e finanziata dal Settimo Programma Quadro dell’Unione Europea, sta analizzando sistematicamente tutti i dati ottenuti con il satellite europeo per astronomia X XMM-Newton.
Un aspetto di questa analisi è la ricerca di segnali periodici in tutte le sorgenti rivelate da XMM-Newton.
Proprio questa settimana sono stati presentati due lavori, entrambi guidati da Gianluca Israel dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, con la scoperta di due nuovi casi di ULX pulsanti.
Il primo è una sorgente X nella galassia NGC 7793, che si trova a circa tredici milioni di anni luce da noi. Il periodo di rotazione. della stella di neutroni è di 0.42 secondi.
Sulla base di due osservazioni a distanza di un anno si è visto che la rotazione accelera al ritmo di 0.04 miliardesimi di secondo al secondo. Cosa significa? Che ogni secondo la stella di neutroni ci mette 0.04 miliardesimi di secondo di meno a ruotare su se stessa.
Sembra un numero molto piccolo ma, visto che un anno terrestre conta circa 30 milioni di secondi, la pulsar accelera di 1.2 millisecondi all’anno, una quantità non trascurabile.
Si riesce a spiegare la alta luminosità solo se l’emissione è emessa preferenzialmente in una direzione e se il campo magnetico della stella di neutroni non ha una struttura semplice a "cipolla" come quella di una barretta magnetizzata, ma più complesso.

Fig. 3 - A sinistra la galassia NGC 7793 fotografata dallo Spitzer Space Telescope un osservatorio spaziale che osserva nell'infrarosso. A destra la galassia a spirale NGC 5907 fotografata dal telescopio di Mount Lemmon in Arizona. Entrambe contengono una ULX.

Fig. 1 - Fig. 3 - A sinistra la galassia NGC 7793 fotografata dallo Spitzer Space Telescope un osservatorio spaziale che osserva nell’infrarosso. A destra la galassia a spirale NGC 5907 fotografata dal telescopio di Mount Lemmon in Arizona. Entrambe contengono una ULX pulsante.

Fig. 4 - In questa immagine artistica si puo' vedere il campo magnetico di una pulsar e il cono ai poli in cui avviene l'emissione di luce. La pulsar si comporta come una sorta di faro cosmico e un osservatore sulla Terra vedra' una sequenza di impulsi di onde radio.

Fig. 4 - In questa immagine artistica si può vedere il campo magnetico di una pulsar e il cono ai poli in cui avviene l’emissione di luce. La pulsar si comporta come una sorta di faro cosmico e un osservatore sulla Terra vedrà una sequenza di impulsi di onde radio. Vedi animazione immagine al link Millisecond Pulsars

Il secondo è un’altra sorgente X ultra-luminosa, nella galassia NGC 5907, a 56 milioni di anni luce da noi.
Il periodo di rotazione scoperto è di 1.136 secondi, quasi tre volte più lenta di quella in NGC 7793.
Quello che è molto più notevole però è l’accelerazione della nostra "trottola": 0.8 miliardesimi di secondo al secondo.
Un rapido conto ci dice che in un anno a questo tasso il periodo accelera di 24 millisecondi all’anno.
Infatti la pulsazione è stata vista due volte, nel 2003 e nel 2014. Nel primo caso il periodo era 1.428 secondi, nel secondo 1.136 secondi. Un’accelerazione impressionante!
In questi sistemi la pulsar ruota sempre più veloce perchè viene accelerata dalla materia che le cade addosso, il che torna con il fatto che la luminosità sia alta, dato che questa materia è anche il "combustibile" del fenomeno dell’accrescimento. Anche in questo caso l’emissone così intensa si può spiegare con la configurazione presentata per NGC 7793.
In definitiva, la pulsar ultra luminosa in M 82 (vedi curiosità di dicembre 2015) non è più un oggetto unico e anche in questo caso sono stati ricercatori italiani a guidare i team che hanno scoperto i nuovi sistemi.
È evidente che i limiti di emissione teorici per sistemi che accrescono materia possono essere aggirati sia da stelle di neutroni che da buchi neri. Nuove osservazioni condurranno alla scoperta di nuovi casi e nuovi studi teorici forniranno spiegazioni più accurate dei fenomeni osservati.