“Einstein @ Home” rivela la vera identità della misteriosa sorgente di raggi gamma

Un team di ricerca internazionale, comprendente membri del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) di Hannover, ha dimostrato che una stella di neutroni, in rapida rotazione, si trova al centro di un oggetto celeste, noto come PSR J2039-5617. 

Sono stati usati nuovi metodi di analisi dei dati, insieme all’enorme potenza di calcolo del progetto di citizen science “Einstein @ Home”, per rintracciare le deboli pulsazioni di raggi gamma della stella di neutroni rilevate nei dati del telescopio spaziale Fermi della NASA. I risultati mostrano che la pulsar è in orbita con un “compagno stellare” a circa un sesto della massa del nostro Sole. Il team ha scoperto che l’orbita del compagno stellare varia leggermente e in modo imprevedibile nel tempo. Utilizzando il loro metodo di ricerca, in futuro sperano di trovare altri sistemi simili con l’Einstein @ Home.

“Da anni si sospettava che ci fosse una pulsar, una stella di neutroni in rapida rotazione, nel cuore della sorgente che ora conosciamo come PSR J2039-5617“, ha affermato Lars Nieder, Ph.D. studente presso il Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) di Hannover e coautore dello studio, pubblicato oggi su Monthly Notice of the Royal Astronomical Society . “Ma è stato solo possibile scoprire le pulsazioni dei raggi gamma con la potenza di calcolo donata da decine di migliaia di volontari a Einstein @ Home“, ha aggiunto.

L’oggetto celeste è noto dal 2014 come fonte di raggi X, raggi gamma e luce. Tutte le prove ottenute finora puntavano su una stella di neutroni in rapida rotazione in orbita con una stella leggera. Ma mancava una prova chiara.

Osservazioni di precisione con telescopi ottici

Il primo passo per risolvere questo enigma sono state le nuove osservazioni del “compagno stellare” con telescopi ottici. Queste hanno fornito una conoscenza precisa del sistema binario senza il quale una ricerca di pulsar a raggi gamma (anche con l’enorme potenza di calcolo di Einstein @ Home) sarebbe irrealizzabile.

La luminosità del sistema varia durante un periodo orbitale a seconda di quale lato del “compagno stellare” di neutroni è rivolto verso la Terra. “Per J2039-5617, ci sono due processi principali al lavoro“, ha spiegato il dottor Colin Clark del Jodrell Bank Center for Astrophysics, autore principale dello studio ed ex dottore di ricerca presso AEI Hannover. “La pulsar riscalda un lato del “compagno stellare”, che apparirà più luminoso e più bluastro. Inoltre, il “compagno stellare” è distorto dall’attrazione gravitazionale della pulsar che fa variare la dimensione apparente della stella mentre sta orbitando“. Queste osservazioni hanno permesso al team di ottenere la misurazione più precisa possibile del periodo orbitale, stimata a 5,5 ore della stella binaria.

Ricerca con l’aiuto di decine di migliaia di volontari

Con queste informazioni e la precisa posizione del cielo dai dati Gaia, il team ha utilizzato la potenza di calcolo del progetto di calcolo dei volontari del progetto Einstein @ Home per una nuova ricerca di circa 11 anni di osservazioni d’archivio del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA. Migliorando i metodi precedenti che avevano sviluppato per questo scopo, hanno chiesto l’aiuto di decine di migliaia di volontari per cercare nei dati del Fermi, pulsazioni periodiche nei fotoni di raggi gamma registrati dal Large Area Telescope a bordo del telescopio spaziale. I volontari hanno creato cicli di calcolo inattivi sulle CPU e sulle GPU dei loro computer a Einstein @ Home.

Questa ricerca ha richiesto una studio molto attento dei dati per non perdere nessun segnale possibile. La potenza di calcolo richiesta è enorme. La ricerca avrebbe richiesto 500 anni per essere completata su un singolo core di computer. Utilizzando una parte delle risorse di Einstein @ Home è stato fatto in 2 mesi.

Con la potenza di calcolo donata dai volontari di Einstein @ Home, il team ha scoperto pulsazioni di raggi gamma dalla stella di neutroni in rapida rotazione. Questa pulsar a raggi gamma, ora nota come J2039-5617, ruota circa 377 volte al secondo.

Cambiamenti sorprendenti dell’orbita

“Abbiamo scoperto che il periodo orbitale del “compagno stellare” è variato leggermente e in modo imprevedibile negli 11 anni. Cambia solo fino a circa dieci millisecondi, ma, poiché conosciamo alla precisione del microsecondo il tempo di arrivo di ogni singolo fotone gamma dalla pulsar, anche questo piccolo è parecchio!” ha dichiarato Nieder. Queste variazioni del periodo orbitale potrebbero essere collegate a piccoli cambiamenti nella forma del “compagno stellare” causati dalla sua attività magnetica. Il campo magnetico mutevole interagisce con il plasma all’interno della stella e lo deforma. Quando la forma della stella varia, cambia anche il suo campo gravitazionale, che a sua volta influisce sull’orbita della pulsar. Questo potrebbe spiegare le variazioni del periodo orbitale osservate.

Le pulsar “Spidery” consumano i loro “compagni stellari”

Mentre la il “compagno stellare” orbita attorno alla pulsar, la forte radiazione e il vento particellare della stessa la fanno evaporare. “Questo è il motivo per cui gli astronomi chiamano sistemi come questo “dorso rosso” in riferimento ai ragni australiani le cui femmine “consumano” i maschi dopo l’accoppiamento“, ha spiegato Nieder. Nel caso di J2039-5617, la materia ablata dalla stella, forma nuvole di particelle cariche nel sistema binario che assorbono le onde radio. Questo è uno dei motivi per cui le precedenti ricerche sull’emissione radio pulsante dalla stella di neutroni, sono fallite. Con la determinazione precisa dell’orbita dai dati dei raggi gamma, è stato anche possibile rilevare le pulsazioni radio.

“Conosciamo dozzine di sorgenti di raggi gamma simili, trovate dal telescopio spaziale Fermi, di cui la vera identità non è ancora chiara“, ha affermato il Prof. Dr. Bruce Allen, direttore del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Hannover e direttore e fondatore di Einstein @ Home. 

Fonte: https://phys.org/news/2021-02-einsteinhome-reveals-true-identity-mysterious.html?fbclid=IwAR1U0wgffTssv3jFiai73FamtFOzYSNMSbXgwpyLmF9QeHgZ20wsXfMg7wc