Lo scienziato di origini palermitane Andrea Santangelo, oggi capo del gruppo di astrofisica per le alte energie dell’università di Tübingen, in Germania
Situato ad una distanza di 23mila anni luce, verso la costellazione di Cassiopea, Swift J0243+6124 è identificato come una pulsar a raggi X ultraluminosa (Ulx) ed è l’unico rappresentante di questo tipo di oggetti finora osservato nella nostra galassia. La sua scoperta risale a cinque anni fa, nell’ottobre 2017, quando una pulsazione di raggi X nella banda 0.2-10 keV di circa 9.86 secondi è stata rilevata in uno dei caratteristici flash delle pulsar dal satellite Neil Gehrels Swift Observatory della Nasa. Ma solo attraverso le osservazioni compiute da un team congiunto sino-europeo con il telescopio Hxmt – acronimo di Hard X-ray Modulation Telescope, lanciato nel 2017 per compiere osservazioni nello spettro X duro e delle alte energie – è stato ora possibile misurare direttamente l’intensità del campo magnetico di questa pulsar Ulx. Ed è un campo magnetico senza rivali.
La particolarità di sistemi Ulx come Swift J0243 è di emettere un flusso di energia dell’ordine di 1039 erg, cioè circa un milione di volte l’energia che emette il Sole in tutte le sue lunghezze d’onda. Sono gli oggetti stellari la cui emissione è la più potente rilevata finora, surclassati solo dalla luminosità dei nuclei galattici attivi, buchi neri supermassivi al centro delle galassie che emettono potenti flussi di radiazione X a causa della materia che precipita nel disco di accrescimento. L’uso di Hxmt per osservare un sistema Ulx è stato fondamentale per ottenere dati da queste sorgenti così intense. Nel team di ricerca che ha condotto lo studio c’è Andrea Santangelo, scienziato a capo del gruppo sperimentale di astrofisica delle alte energie all’Istituto di astronomia e astrofisica dell’Università di Tubinga, in Germania.
Santangelo, l’osservazione di una pulsar X ultraluminosa è stata fondamentale per indagare lo spettro luminoso alle alte energie. Cos’ha di diverso rispetto a una normale pulsar?
«I sistemi binari X-ray ultraluminosi sono oggetti unici da studiare proprio per l’estrema intensità di emissione che hanno nello spettro duro della radiazione X, una regione spettrale molto difficile da esplorare. Le altre pulsar non emettono così intensamente a queste energie, e quindi non è possibile fare studi e avere informazioni precise in questa parte così importante delle frequenze. Osservando Swift J0243 è stato possibile accedere a questa porzione dello spettro luminoso e vedere così caratteristiche mai rivelate prima dei campi magnetici delle stelle di neutroni. Il telescopio Hxmt è in grado di rilevare energie da sorgenti così intense, ed è stato così possibile scoprire la linea di assorbimento di radiazione di ciclotrone a 146 keV, la più alta mai osservata finora».
Misurata con Insight-Hxmt la riga a 146 keV per la pulsar galattica ultraluminosa a raggi X Swift J0243. Crediti: Ihep
Quale è stato il risultato principale della ricerca?
«Riuscire a misurare direttamente un campo magnetico sulla superficie di una stella di neutroni. Andando nelle alte energie è possibile osservare linee di transizione che avvengono in seguito all’assorbimento di radiazione di ciclotrone in campi magnetici intensissimi. Con Swift J0243 è stato misurato un campo magnetico di 1,6 miliardi di tesla, per ora il più potente campo magnetico mai osservato (per fare un confronto il campo magnetico del Sole è di 0.001 tesla). La particolarità della scoperta risiede nel fatto che le stelle di neutroni possiedono campi magnetici multipolari sulla loro superficie. La radiazione di ciclotrone emessa a 146 keV avviene in presenza di un campo magnetico di questo tipo. Nelle pulsar finora osservate era possibile misurare solo il campo magnetico dipolare che si estende lontano dalla stella di neutroni, invece con Hxmt siamo riusciti appunto ad accedere ai limiti della superficie della stella di neutroni e vedere cosa succede».
Qual è la differenza?
«Si tratta di una osservazione diretta del campo magnetico, non di una misurazione indiretta come finora era stato fatto per sistemi di questo tipo. Il campo misurato risulta poi dieci volte più intenso di quello teorizzato dai modelli dipolari. Hxmt è il telescopio attualmente più avanzato per fare osservazioni nello spettro X duro e grazie alla possibilità di misurare radiazione nella banda fino a 250 keV siamo riusciti a determinare la presenza della linea di assorbimento che ci ha permesso di misurare il campo magnetico di Swift J0243».
Rappresentazione artistica del telescopio spaziale Hxmt. Crediti: Ihep
Hxmt è un telescopio made in China. Questo si riflette in qualche modo sulle osservazioni scientifiche?
«C’è un punto importante da rilevare: la flessibilità del programma osservativo cinese di Hxmt (gestito dall’Accademia delle scienze cinese e dalla Tsinghua University a Pechino), nel senso che non appena c’è qualcosa di interessante da osservare nel cielo a portata del telescopio, il team di Hxmt riesce nel giro di poco tempo a riorganizzare il programma osservativo e a puntare il telescopio nella zona di interesse. Solitamente nelle procedure dei telescopi europei questo processo è molto più complesso e lungo».
È una collaborazione recente, questa fra voi e l’Accademia delle scienze cinese?
«In realtà il nostro team a Tubinga collabora con quello dell’Ihep dell’Accademia dal 2015, e il nocciolo della collaborazione sarà lo sviluppo di un satellite sino-europeo (in cui anche l’Inaf è coinvolto) chiamato eXtp (enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission) e che sarà fondamentale nello studio della fisica dei buchi neri e dell’astrofisica delle alte energie. Ma anche qui all’Università di Tubinga ospitiamo dottorandi e studenti cinesi, sostenuti da programmi di finanziamento pubblici cinesi, e lo scambio scientifico è molto intenso e si sta aprendo a nuove collaborazioni in differenti campi di ricerca».
E come vi trovate a lavorare insieme?
«Con Hxmt l’accesso ai dati è stata sempre trasparente e abbiamo gestito l’elaborazione dei dati insieme. Credo che la vera capacità della Cina adesso è quello di investire molte risorse e di operare rapidamente in nuovi programmi di ricerca. La collaborazione scientifica rimane poi contestuale agli sviluppi delle relazioni politiche globali e il periodo delicato che stiamo attraversando adesso certamente ci fa capire che la scienza ha un ruolo fondamentale nel mantenere rapporti e collaborazioni con altri paesi e rimane un canale comunicativo e diplomatico molto importante».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Insight-HXMT Discovery of the Highest-energy CRSF from the First Galactic Ultraluminous X-Ray Pulsar Swift J0243.6+6124Global Hydrogen Abundances on the Lunar Surface” di Ling-Da Kong, Shu Zhang, Shuang-Nan Zhang, Long Ji, Victor Doroshenko, Andrea Santangelo, Yu-Peng Chen, Fang-Jun Lu1, Ming-Yu Ge, Peng-Ju Wang