Rappresentazione artistica di un sistema binario composto da una pulsar al millisecondo e una stella compagna deformata dalla forza gravitazionale della pulsar stessa. Crediti: NASA
Un astrofisico e un appassionato di astronomia hanno unito le forze per rivelare dettagli intriganti di una particolare pulsar al millisecondo chiamata PSR J1723−2837. Questa pulsar fa parte di un sistema binario, e ha una compagna normale di piccola massa attorno alla quale orbita in circa 15 ore. Le proprietà mostrate dal sistema indicano che la pulsar alterna momenti di rallentamento della rotazione su se stessa a periodi di accrescimento da parte della compagna.
Le osservazioni raccolte e studiate da André van Staden, astrofilo del Sud Africa, e John Antoniadis, ricercatore presso l’Università di Toronto, sono state pubblicate dalla rivista scientifica The Astrophysical Journal Letters. I risultati dello studio sono i primi a individuare macchie stellari e un intenso campo magnetico per la compagna di una pulsar al millisecondo e a fornire indizi importanti sui motivi per cui queste pulsar a volte si accendono e altre si spengono.
Le immagini sono state raccolte da van Staden durante un periodo di 15 mesi con il telescopio riflettore da 30 cm equipaggiato con una camera CCD che si trova nel cortile di casa sua a Western Cape. La loro analisi ha rivelato un aumento inatteso di luminosità, seguito ad uno spegnimento della stella compagna.
In un sistema binario di questo tipo, la forza di gravità esercitata dalla pulsar distorce la forma della compagna, portandola ad assumere una forma a goccia. A causa della presenza della pulsar, vediamo la compagna diventare ciclicamente più e meno brillante. I momenti in cui mostra una maggiore intensità corrispondono ai punti dell’orbita in cui vediamo l’intero profilo della stella. Questo significa che la curva di luce che misura la luminosità del sistema è modulata con il periodo orbitale.
André van Staden nell’osservatorio che ha costruito nel giardino di casa sua, con un telescopio da 30 cm. Crediti: André van Staden
Ma le osservazioni di van Staden rivelano che i picchi di luminosità della compagna non sono sincronizzati con il periodo orbitale di 14.8 ore. Gli autori dello studio hanno concluso che questo comportamento può essere causato dalla presenza di “macchie stellari” (l’equivalente delle macchie solari) sulla stella compagna, che ne abbassano la luminosità. Tali macchie dimostrano che la stella possiede un intenso campo magnetico.
Antoniadis e van Staden hanno anche capito, grazie alle loro osservazioni, che la compagna non è in rotazione sincrona con la pulsar, come ad esempio accade nel sistema formato dalla Terra e la Luna. Il periodo di rotazione della compagna è infatti leggermente più breve rispetto al suo periodo orbitale, e questo contribuisce a generare la curva di luce inaspettata.
L’astrofilo van Staden coltiva un interesse personale per le pulsar, e nel 2014 ha scoperto sul sito gestito da Antoniadis una lista di sistemi binari contenenti pulsar al millisecondo e stelle compagne visibili in banda ottica. «Ho notato che il sistema binario di PSR J1723-2837 era particolarmente adatto alle osservazioni dal Sud Africa e che la sua curva di luce non era ancora stata determinata», dice van Staden. «Per gli astronomi professionisti è difficile ottenere puntamenti lunghi e continui per sorgenti come queste. D’altra parte, per chi è un amatore queste osservazioni di lunga durata sono molto più accessibili».
«Il set di dati è diverso da qualsiasi cosa io abbia mai visto», racconta Antoniadis, «sia in termini di qualità che di durata. Ho esortato André a continuare ad osservare il più a lungo possibile». Osservazioni così estese e dettagliate sono fondamentali per rispondere alle domande ancora aperte circa l’evoluzione di sistemi stellari chiamati black widow e redback, in cui una pulsar divora la propria compagna, come gli omonimi ragni (la differenza tra una classe e l’altra è data dalla massa della compagna, qualche centesimo di masse solari per le black widow e qualche decimo per le redback).
Dopo la formazione di una pulsar, si pensa che questa emetta un forte vento e che l’impatto del vento possa riscaldare il lato della compagna rivolto verso la pulsar. Eppure nei dati raccolti non era possibile vedere questa regione calda. Questo potrebbe voler dire che il vento è assente o che si muove in una direzione diversa da quella in cui si trova la compagna. In entrambi i casi il responsabile potrebbe essere il campo magnetico della stella compagna.
«Sistemi come quello presentato in questo studio sono piuttosto rari e molto interessanti», commenta a Media INAF Marta Burgay, astronoma dell’INAF di Cagliari. «Solo recentemente, grazie anche all’apporto del satellite gamma Fermi, il loro numero è cresciuto arrivando quasi alla ventina. Alcune redback si sono rivelate essere l’anello mancante tra le pulsar radio più rapidamente rotanti, o almeno una loro sotto-classe, e le binarie a raggi X, che sin dai primi anni ’80 si riteneva ne fossero i progenitori. Poter accedere a set di dati così ricchi come quello ottenuto in questo lavoro è sicuramente utile per poter proseguire nell’indagine di questi strani oggetti di confine».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “An active, asynchronous companion to a redback millisecond pulsar” di André van Staden e John Antoniadis