La foto aerea scattata il 19 dicembre 2021 mostra una vista panoramica del Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (Fast) in manutenzione nella provincia di Guizhou, nel sud-ovest della Cina. Crediti: Xinhua/Ou Dongqu
Situato in una depressione carsica nella provincia di Guizhou, nel sud-ovest della Cina, Fast (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) – soprannominato anche China Sky Eye – ha iniziato le operazioni ufficiali nel gennaio 2020. Attualmente, si ritiene sia il radiotelescopio più sensibile al mondo. Grazie a Fast, gli scienziati hanno identificato 509 nuove pulsar, quattro volte il totale delle pulsar trovate da altri telescopi in tutto il mondo, nello stesso periodo di tempo.
Le pulsar, stelle di neutroni in rapida rotazione, hanno origine dai nuclei collassati di stelle massicce attraverso esplosioni di supernova. Con la loro alta densità e rapida rotazione, costituiscono un laboratorio ideale per studiare le leggi della fisica in ambienti estremi.
Sempre utilizzando Fast, un gruppo di ricerca guidato da Wang Shuangqiang dello Xinjiang Astronomical Observatory (Xao) dell’Accademia cinese delle scienze ha scoperto il fenomeno del plasma lensing in una pulsar molto particolare, la Psr J1720- 0533.
La pulsar si trova in un sistema black widow (vedova nera) scoperto dalla Commensal Radio Astronomy Fast Survey (Crafts). In particolare, i ricercatori hanno notato che un massimo di emissione del sistema è stato simultaneo a un’eclissi, e ciò ha consentito misurazioni precise delle variazioni di densità di flusso, nonché della misura di dispersione (Dm, un ritardo del tempo di arrivo dei singoli impulsi a diverse frequenze) e della polarizzazione.
I sistemi black widow pulsar sono sistemi binari in cui è presente una stella di piccola massa in un’orbita compatta con una pulsar millisecondo, caratterizzati dall’ablazione della compagna a causa dell’emissione della pulsar. Queste pulsar prendono il nome dai ragni omonimi – le vedove nere, appunto – le cui femmine mangiano i maschi dopo l’accoppiamento. In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che l’emissione di Psr J1720-0533 durante l’avvio dell’eclissi mostra modulazioni quasi periodiche di circa 22 secondi, presumibilmente causate dal plasma lensing.
«In una black widow pulsar – una pulsar la cui emissione radio sta causando l’ablazione della superficie della stella che le orbita attorno – la materia strappata dalla superficie della stellina eclissa il segnale radio quando la compagna passa davanti alla pulsar nella sua orbita», spiega a Media Inaf Marta Burgay dell’Inaf di Cagliari. «La cosa interessante in questo specifico oggetto è che, studiando con attenzione le fasi di ingresso nell’eclisse, quando il segnale radio della pulsar comincia ad affievolirsi ma non è ancora del tutto assorbito dalla materia della compagna, si vedono dei curiosi effetti sugli impulsi radio causati dall’interazione con la materia eclissante stessa. Blob di materia strappata alla stella compagna amplificano il segnale radio in certi momenti, consentendo, da una parte, di studiare l’emissione radio in una fase orbitale in cui normalmente non si vedrebbe a causa dell’eclissi, dall’altra di studiare le proprietà del mezzo che causa il fenomeno di amplificazione e di eclissi. Questo fenomeno, con caratteristiche un po’ diverse, si era già visto in altre tre pulsar ragno. Qui il fenomeno è reso visibile, da una parte, grazie al fatto che le osservazioni sono fatte con Fast, il più grande radiotelescopio a disco singolo al mondo (e di conseguenza il più sensibile), dall’altra grazie alla fortunata ulteriore amplificazione del segnale della pulsar causata da effetti di interazione con il mezzo interstellare».
Il pannello superiore mostra l’intensità totale dell’emissione di impulsi rispetto allo spin della pulsar e alle fasi orbitali di Psr J1720-0533. L’amplificazione della pulsar in ingresso e in uscita sono mostrati rispettivamente nei pannelli centrale sinistro e centrale destro. I pannelli inferiori mostrano le variazioni di densità del flusso di impulsi vicino all’eclissi. Crediti: Xao
Analizzando il fenomeno, i ricercatori hanno concluso che la massima amplificazione del segnale è pari a un fattore 1.6, corrispondente a una dimensione della lente di decine di chilometri. La scoperta del fenomeno del plasma lensing nella Psr J1720-0533 dimostra un legame tra la misura di dispersione e la lente. Inoltre, i ricercatori hanno esaminato i profili di polarizzazione in corrispondenza dell’eclissi di Psr J1720-0533 e hanno scoperto che la polarizzazione lineare scompare prima che la misurazione della dispersione mostri cambiamenti significativi. Questo fornisce una forte evidenza della presenza di un campo magnetico significativo nella stella compagna.
«Questi sistemi di pulsar eclissanti rappresentano una fase cruciale nell’evoluzione delle stelle di neutroni. Le pulsar black widow (vedove nere) potrebbero infatti continuare a “divorare” la loro stella compagna fino a farla evaporare completamente e rappresenterebbero quindi un canale di creazione per pulsar al millisecondo isolate, il cui meccanismo di formazione è ancora molto dibattuto. Questi peculiari studi di lensing rappresentano un nuovo interessante mezzo per comprendere la natura della materia strappata dalla stella compagna, oltre ad essere un potente mezzo per comprendere la struttura fine dell’emissione radio», continua Burgay.
I ricercatori hanno stimato che il tasso di perdita di massa della compagna sia di 10-12 masse solari all’anno e hanno ipotizzato che sarà completamente distrutta in 10 miliardi di anni.
«Poter studiare questi peculiari fenomeni di lensing su oggetti relativamente vicini (per lo meno all’interno della nostra Galassia) potrebbe fornirci utili informazioni anche sui misteriosi Fast Radio Burst, rapidissimi lampi di onde radio provenienti da distanze cosmiche, che, in alcuni casi, hanno mostrato una fenomenologia simile», conclude Burgay.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Unusual Emission Variations Near the Eclipse of Black Widow Pulsar PSR J1720-0533” di Q. Wang, J. B. Wang, N. Wang, J. M. Yao, G. Hobbs, S. Dai, F. F. Kou, C. C. Miao, D. Li, Y. Feng, S. J. Dang, D. H. Wang, P. Wang, J. P. Yuan, C. M. Zhang, L. Zhang, S. B. Zhang e W. W. Zhu
[Edit del 5 gennaio 2021, ore 11:35: nell’ultima frase del primo paragrafo, aggiunto “nello stesso periodo di tempo” altrimenti poteva sembrare che il confronto fosse riferito al totale delle pulsar in assoluto, che a oggi sono circa 3200]