La pulsar che è stata individuata appartiene ad una rara tipologia definita “redback” al millisecondo, e sta erodendo molto lentamente la sua compagna, attraverso il suo irraggiamento e l’interazione gravitazionale.
A confermare quello che sta avvenendo sono state due bande elettromagnetiche simultanee situate molto lontane tra di loro, la radio e i raggi gamma. I responsabili della prima banda sono i ricercatori dell’INAF, che hanno utilizzato il radiotelescopio australiano di Parkes.
É stato grazie agli occhi sensibili della radiazione gamma del satellite Fermi della NASA, che si è potuto svelare, dopo quasi dieci anni, la vera natura dello strano oggetto, situato a circa cinquemila anni luce da noi. Lo strano oggetto non è altro che un esemplare di pulsar redback al millisecondo. Ma di cosa si tratta esattamente?
Prima di tutto bisogna sapere che una pulsar al millisecondo è una stella di neutroni che ruota molto rapidamente su sé stessa, emettendo così dei fasci di onde elettromagnetiche, come lo farebbe un faro.
In questo caso particolare della pulsar Psr J2039−5617, nome scelto per l’oggetto, possiede un periodo di rotazione pari a 2.65 ms, quindi ogni secondo riesce ad effettuare ben 377 giri su sé stessa.
La parte molto interessante riguarda l’appellativo, ossia redback. La parola in questione è stata ispirata da una particolare specie di ragni velenosi australiani, che presentano una fascia rossa sul dorso, appunto per questo definiti redback, in cui la femmina solitamente divora il compagno dopo l’accoppiamento.
Anche le pulsar redback, come le loro cugine pulsar vedove possiedono un compagno, definite pulsar Binarie. Le pulsar ragno, quindi, si differiscono dalle pulsar binarie per il brutto destino al quale inevitabilmente portano il loro compagno. Infatti, le pulsar redback, molto lentamente privano la propria stella compagna di materia, attraverso la loro attrazione gravitazionale e i suoi fasci ad alta energia. La compagna in questo caso non è altro che una stella degenere, che in gergo astrofisico viene attribuito ad un oggetto compatto ed estremamente denso, come ad esempio lo sono una stella di neutroni o una nana bianca.
A causa del riscaldamento della superficie della stella compagna dovuta all’irraggiamento della pulsar e la sua deformazione dovuta all’attrazione gravitazionale della pulsar, accade che la stella compagna crei durante la sua orbita aree di diversa dimensione e temperatura, con un conseguente effetto visivo di una modulazione del flusso, che può essere osservato con un periodo uguale al periodo orbitale, che in questo caso è di appena 5.5 ore.
La conferma della natura di pulsar redback al millisecondo dell’oggetto 4Fgl J2039.5-5617, denominata così quando ancora era una sorgente misteriosa gamma per poi cambiare nome una volta classificata come pulsar in 4Fgl, e la caratterizzazione del sistema binario sono state individuate lo scorso novembre, informazioni rese note con due articoli pubblicati sul Mnras.
Il primo articolo si fonda sui dati in gamma del Large Area Telescope di Fermi, mentre il secondo, che è stato guidato da ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica, si basa sulle osservazioni condotte con il radiotelescopio australiano di Parkes. Questi dati delle onde radio ai raggi gamma, situati da un estremo all’altro dello spettro elettromagnetico, sono stati fondamentali per la comprensione del sistema individuato.
Alessandro Corongiu, primo autore dell’articolo sui dati in banda radio e ricercatore all’INAF di Cagliari, ha spiegato che: “La possibilità di osservare impulsi in entrambe le bande permette di studiare la geometria dei meccanismi di emissione delle pulsar, poiché le emissioni a energie differenti avvengono in zone differenti della magnetosfera di una stella di neutroni”.
Inoltre, aggiunge che: “Poiché questi meccanismi sono ancora in gran parte incompresi, l’osservazione di impulsi a diverse energie permette uno studio più completo. In banda radio, inoltre, è possibile ottenere informazioni complementari, come ad esempio la distanza della pulsar, attraverso la misura della dispersione temporale degli impulsi radio a frequenze diverse”.
Un contributo molto importante sulle analisi di 4Fgl è stato fornito da Einstein@Home. Si tratta di un programma di citizen science che cerca dei deboli segnali astrofisici provenienti, ad esempio, da stelle di neutroni osservate da vari telescopi, fra cui appunto c’è Fermi. Attraverso questo programma è stato possibile completare in due mesi un lavoro che, su un computer single-core, avrebbe richiesto almeno 500 anni.
Inoltre, l’individuazione di pulsazioni periodiche in sistemi redback è molto complesso a causa della loro periodicità di impulsi, che avviene in maniera modulata dal moto orbitale della pulsar intorno alla sua compagna, che non sempre è noto, o come nel caso di 4Fgl non è sufficientemente preciso.
Roberto Mignani, ricercatore all’INAF di Milano e secondo autore dello studio, spiega che: “La ricerca è ulteriormente difficile in banda radio, dove il gas eroso dalla stella compagna permea lo spazio tra le due stelle soffocando, in certe fasi dell’orbita, gli impulsi radio dalla pulsar. Ciò comporta che essi sono rivelabili solo quando la linea di vista è libera, cosa difficile da prevedere, e che richiede di seguire il sistema con osservazioni lungo tutta la durata del periodo orbitale e, possibilmente, per più cicli”.
L’individuazione delle pulsazioni in banda radio ha reso possibile la definitiva identificazione di 4Fgl come sistema redback, nel quale è risultato di grande importanza prima di tutto la presenza di eclissi nel segnale radio emesso quando la pulsar si trovava in prossimità della congiunzione superiore. Inoltre, è stata riscontrata la presenza di gas tra le due stelle.
Gli scienziati hanno sottolineato che, in base alle redback note, le eclissi del segnale radio emesso da 4Fgl sono alquanto anomale. Infatti, solitamente in questi sistemi il gas intrabinario ionizzato presente riesce a ritardare il segnale nel momento in cui la pulsar è prossima alla congiunzione superiore, ossia quando è posizionata dietro alla sua compagna, prima di renderlo inosservabile.
I ricercatori invece nel caso di 4Fgl, non hanno osservato alcun ritardo del segnale, ma una sparizione molto rapida durante la fase orbitale. I ricercatori per poter comprendere meglio stanno effettuando ulteriori studi sul segnale radio, così da riuscire a determinare la struttura evidentemente peculiare del gas intrabinario e dei meccanismi responsabili delle sue caratteristiche.
Lo studio rende noto che il timing della pulsar e l’allineamento tra impulso gamma e radio hanno consentito di porre dei vincoli sulle masse delle compagne e sull’inclinazione dell’orbita rispetto alla linea di vista.
Ma quale sarà il destino della compagna della pulsar una volta privata della materia? Alla domanda risponde Alessandro Corongiu, affermando che: “Al termine di questa fase ciò che resterà sarà sicuramente una pulsar. Ma cosa ne sarà della compagna è tutto da vedere. Potrebbe sopravvivere con una massa simile a quella attuale o con una massa molto minore, simile a quella di un pianeta gioviano ad esempio, o addirittura subire un’evaporazione completa e lasciare la pulsar isolata”.
Alessandro Corongiu, termina affermando che: “Un’evaporazione completa della compagna spiegherebbe l’esistenza di pulsar a millisecondo isolate, la cui esistenza è stata un enigma astrofisico per decenni, proprio perché le prime pulsar a millisecondo sono state trovate in sistemi binari”.
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