Impressione artistica di PsrJ1023+0038, un sistema binario composto da una stella di neutroni che strappa materia ad una stella compagna con la formazione di un disco di accrescimento, ed emette fasci luce visibile. Il riquadro mostra gli impulsi di luce visibile osservati dal fotometro Sifap al Telescopio nazionale Galileo dell’Inaf. Immagine tratta da https://nathaliedegenaar.files.wordpress.com/ e liberamente modificata dagli autori
Scoperta da un team di ricercatori in gran parte dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) una pulsar al millisecondo, ovvero una stella di neutroni in rapidissima rotazione, che emette impulsi periodici, come un potentissimo faro cosmico, non solo nella banda dei raggi X, ma anche nella luce visibile. Mai prima d’ora era stato registrato un simile comportamento in un oggetto celeste di questa categoria: Psr J1023+0038, questo il nome della pulsar, emette 590 impulsi di luce visibile ogni secondo. La scoperta, che viene pubblicata in un articolo sulla rivista Nature Astronomy, è stata effettuata grazie alle osservazioni condotte al Telescopio Nazionale Galileo dell’Inaf alle Isole Canarie, equipaggiato per l’occasione con lo strumento Sifap un fotometro ottico ad altissima risoluzione sviluppato presso il Dipartimento di fisica della “Sapienza – Università di Roma”.
Le radio pulsar sono stelle di neutroni che si comportano come veri e propri fari cosmici. Quando la stella ruota abbastanza velocemente, i loro intensissimi campi magnetici riescono ad accelerare particelle ad energie ben superiori a quelle raggiungibili dal Large Hadron Collider del Cern di Ginevra, il più potente acceleratore di particelle mai costruito dall’uomo. A ogni rotazione della stella, gli elettroni così accelerati producono degli impulsi di radiazione osservabile dalle onde radio ai raggi gamma, consentendoci di conoscerne il periodo di rotazione con precisione elevatissima.
Ci sono pulsar dalle proprietà estreme, che ruotano su sé stesse con un periodo di qualche millisecondo e compiono centinaia di rotazioni attorno al proprio asse ogni secondo. Un oggetto che si trovasse sul loro equatore viaggerebbe alla incredibile velocità pari al 10 per cento della velocità della luce.
Tali elevatissime velocità di rotazione sono raggiunte durante una precedente fase evolutiva lunga miliardi di anni, in cui la stella di neutroni strappa materia ad una stella compagna e la costringe a cadere sulla sua superficie attraverso la formazione di un disco di accrescimento. Solo al termine di questa fase in cui la stella emette brillanti fasci di raggi X, la pulsar si può attivare come sorgente di onde radio. Almeno così si pensava fino a qualche anno fa.
Nel 2013 un team guidato da Alessandro Papitto, ora all’Inaf – Osservatorio astronomico di Roma con una fellowship Marie Skłodowska-Curie dell’Unione Europea, ha scoperto che alcune pulsar al millisecondo (dette transizionali) sono in grado di alternare in meno di qualche settimana fasi di pulsar con emissione di raggi X a fasi di radio pulsar alimentata dalla rotazione dell’intenso campo magnetico di cui è dotata. Il comportamento di queste particolari pulsar in presenza di un disco di accrescimento è però un enigma. La loro emissione variabile e “trasformista” le colloca a metà strada tra i tipici sistemi che accrescono materia e le pulsar radio, qualcosa di mai osservato prima.
Da sinistra, Alessandro Papitto (Inaf Osservatorio Astronomico di Roma), Filippo Ambrosino (Inaf Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali Roma) e Franco Meddi (Sapienza – Università di Roma) posano con il fotometro Sifap, utilizzato per scoprire che anche le pulsar al millisecondo possono emettere impulsi periodici di luce visibile
Per risolvere il rompicapo, un team di ricercatori guidato da Filippo Ambrosino, ricercatore dell’Inaf – Iaps di Roma e ancora Alessandro Papitto hanno utilizzato il fotometro Sifap (Silicon Fast Astronomical Photometer), ideato e sviluppato da Franco Meddi del Dipartimento di Fisica di “Sapienza – Università di Roma”. SiFAP è uno strumento in grado di misurare l’arrivo dei singoli fotoni di luce visibile da una sorgente celeste con una accuratezza pari a 25 nanosecondi, ovvero la quarantamilionesima parte di un secondo. Lo strumento è stato poi trasferito al telescopio Galileo dell’Inaf situato a La Palma nelle isole Canarie (Spagna), ed appositamente modificato dallo staff del Galileo per essere montato al piano focale della Nasmyth B allo scopo di studiare l’emissione di luce di una pulsar transizionale.
«Le osservazioni con Sifap di Psr J1023+0038, una pulsar al millisecondo transizionale in un periodo durante il quale possedeva un disco di accrescimento, ci hanno permesso per la prima volta di registrare un segnale pulsato nella luce visibile emessa da quell’oggetto celeste» dice Papitto. «Un comportamento da radio pulsar insomma, pure in presenza di un disco di accrescimento».
«Questa scoperta è importante non solo perché dimostra che anche i campi magnetici di stelle di neutroni in rotazione rapida possono generare pulsazioni di luce visibile, aprendo un campo di investigazione totalmente nuovo» aggiunge Ambrosino. «Apre infatti anche la possibilità che una radio pulsar sia attiva nonostante la presenza di un disco. Un risultato totalmente inaspettato che costringerebbe a rivedere molte delle nostre convinzioni sulla interazione tra dischi e campi magnetici delle pulsar. Di certo, questa prima identificazione dà grande motivazione a tutto il team per continuare lo studio pioneristico delle millisecond pulsar ottiche con l’accoppiata vincente dal fotometro SiFAP ed il telescopio Galileo».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo “Optical pulsations from a transitional millisecond pulsar“, di F. Ambrosino, A. Papitto, L. Stella, F. Meddi, P. Cretaro, L. Burderi, T. Di Salvo, G. L. Israel, A. Ghedina, L. Di Fabrizio e L. Riverol sulla rivista Nature Astronomy