Una pulsar in raggi gamma è una stella di neutroni compatta che accelera le particelle cariche a velocità relativistiche nel suo campo magnetico estremamente intenso. Questo processo produce radiazioni gamma (viola) molto al di sopra della superficie della stella, mentre le onde radio (verde) vengono emesse sopra i poli magnetici sotto forma di fasci. La rotazione fa muovere le regioni di emissione lungo la linea di vista terrestre, facendo sì che la pulsar brilli periodicamente nel cielo. Crediti: NASA/Fermi/Cruz de Wilde
Le stelle sono tante, milioni di milioni, ma quelle di neutroni sono anche difficili da scovare. Soprattutto se si va a “spigolare” là dove si è già rastrellato quasi tutto quel che aveva da offrire il campo celeste. Un articolo appena pubblicato su Astrophysical Journal presenta ora il nuovo raccolto realizzato grazie al progetto di calcolo distribuito Einstein@Home nell’archivio dati del telescopio spaziale Fermi, il satellite della NASA dedicato allo studio della radiazione gamma di alta e altissima energia, cui l’Italia collabora con ASI, INAF e INFN.
Un’analisi che avrebbe preso più di un migliaio di anni su un singolo computer, in meno di un anno ha infatti permesso di trovare più di un dozzina di nuove pulsar – stelle di neutroni in rapida rotazione – nei dati di Fermi. Grazie alla potenza di calcolo donata da volontari di Einstein@Home, un’equipe internazionale guidata da ricercatori dell’Istituto Max Planck per la fisica gravitazionale di Hannover, in Germania, ha setacciato l’archivio alla ricerca della periodicità, caratteristica rivelatrice di una pulsar, in 118 sorgenti gamma di natura sconosciuta rilevate da Fermi.
Al centro di 13 di queste sorgenti è stata individuata una pulsar. Tutte queste stelle superdense sono risultate giovani, astronomicamente parlando, con età comprese tra decine e centinaia di migliaia di anni. Due ruotano in modo sorprendentemente lento, più lento rispetto a qualsiasi altra pulsar in raggi gamma nota. Un’altra ha fatto registrare un “sobbalzo”, un cambiamento improvviso di origine sconosciuta nella sua rotazione, altrimenti regolare.
«Abbiamo scoperto tante nuove pulsar per tre ragioni principali: l’enorme potenza di calcolo fornita da Einstein@Home, lo sviluppo di nuovi e più efficienti metodi di ricerca, e l’utilizzo di dati Fermi-LAT recentemente migliorati», commenta Colin Clark dell’Istituto Max Planck, primo autore della nuova ricerca. «L’insieme di questi tre elementi ha fornito una sensibilità senza precedenti per il nostro grande campionamento su oltre 100 sorgenti del catalogo Fermi-LAT».
L’intero cielo come visto da Fermi e le 13 pulsar scoperte da Einstein@Home. Il campo sotto ogni riquadro indica il nome della pulsar e la sua frequenza di rotazione, mentre le bandierine mostrano le nazionalità dei volontari i cui computer hanno trovato le Pulsar. Crediti: Knispel/Clark/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
Le stelle di neutroni sono i residui compatti di esplosioni di supernova e consistono di materia estremamente densa. A causa dei loro intensi campi magnetici e della rotazione estremamente veloce, emettono fasci di onde radio e di raggi gamma, che, se sono sufficientemente direzionati verso la Terra, rendono visibile la stella di neutroni una o due volte per rotazione, da cui il nome pulsar.
Rintracciare queste pulsazioni periodiche è molto difficile per le pulsar in raggi gamma. In media solo una decina di fotoni gamma al giorno sono rilevati per una pulsar tipica dal Large Area Telescope, strumento a bordo di Fermi. Per determinare la periodicità, devono essere analizzati anni di dati, durante i quali la pulsar ruota miliardi di volte. Per ogni fotone si deve determinare esattamente quando, durante una singola rotazione di una frazione di secondo, è stata inviato. Si può facilmente intuire come la potenza di calcolo necessaria per queste ricerche “alla cieca”, quando poche o nessuna informazione sulla pulsar è nota in anticipo, sia enorme. Grazie al progetto Einstein@Home, negli ultimi quattro anni sono state scoperte 21 pulsar in raggi gamma, più di un terzo di tutte quelle scoperte con tecniche di blind search.
«All’inizio della missione Fermi, quando l’unica pulsar gamma senza emissione radio era Geminga, mi era sembrato impossibile che fosse così facile scoprire, solo grazie ai dati gamma, una dozzina di nuove pulsar» commenta Patrizia Caraveo, responsabile per INAF dello sfruttamento scientifico dei dati Fermi LAT e direttrice dell’Istituto di Fisica Cosmica dell’INAF di Milano. «Ma era solo la prima scrematura, che aveva evidenziato gli oggetti più brillanti. Poi il lavoro è continuato e, quando il tasso di scoperta è stato rallentato dalla limitazione della potenza di calcolo, i colleghi tedeschi hanno iniziato a sfruttare le potenzialità del calcolo distribuito organizzato nel sistema Einstein@Home. I risultati sono stati strabilianti e, con l’ultimo annuncio di 13 nuove pulsar gamma senza emissione radio, la famiglia delle sorgenti simili a Geminga tocca quota 70. Un numero che non avrei mai osato nemmeno immaginare».