IXPE della NASA svela i misteri di una rara pulsar
Un'illustrazione artistica che raffigura le regioni centrali del sistema binario PSR J1023+0038, tra cui la pulsar, il disco di accrescimento interno e il vento della pulsar.
Un team internazionale di astronomi ha scoperto nuove prove per spiegare come i resti pulsanti di stelle esplose interagiscono con la materia circostante nelle profondità del cosmo, utilizzando le osservazioni dell'IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) della NASA e di altri telescopi.
Gli scienziati, con sede negli Stati Uniti, in Italia e in Spagna, hanno messo gli occhi su un misterioso duo cosmico chiamato PSR J1023+0038, o J1023 in breve. Il sistema J1023 è composto da una stella di neutroni in rapida rotazione che si nutre della sua stella compagna di bassa massa, che ha creato un disco di accrescimento attorno alla stella di neutroni. Questa stella di neutroni è anche una pulsar, che emette due potenti fasci di luce dai suoi poli magnetici opposti mentre ruota, ruotando come un faro.
Il sistema J1023 è raro e prezioso da studiare perché la pulsar passa chiaramente dallo stato attivo, in cui si nutre della sua stella compagna, a uno stato più dormiente, in cui emette pulsazioni rilevabili come onde radio. Questo la rende una “pulsar millisecondo di transizione”.
“Le pulsar di transizione al millisecondo sono dei laboratori cosmici che ci aiutano a capire come si evolvono le stelle di neutroni nei sistemi binari”, ha dichiarato la ricercatrice Maria Cristina Baglio dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Osservatorio di Brera a Merate, Italia, e autrice principale di un articolo su The Astrophysical Journal Letters che illustra i nuovi risultati.
La grande domanda che gli scienziati si sono posti riguardo a questo sistema di pulsar è stata: Da dove provengono i raggi X? La risposta avrebbe informato teorie più ampie sull'accelerazione delle particelle, sulla fisica dell'accrezione e sugli ambienti che circondano le stelle di neutroni nell'universo.
La fonte li ha sorpresi: I raggi X provengono dal vento della pulsar, una miscela caotica di gas, onde d'urto, campi magnetici e particelle accelerate vicino alla velocità della luce, che colpisce il disco di accrescimento.
Per determinarlo, gli astronomi hanno dovuto misurare l'angolo di polarizzazione sia nei raggi X che nella luce ottica. La polarizzazione è una misura dell'organizzazione delle onde luminose. Hanno analizzato la polarizzazione dei raggi X con IXPE, l'unico telescopio in grado di effettuare questa misurazione nello spazio, e l'hanno confrontata con la polarizzazione ottica del Very Large Telescope dell'European Southern Observatory in Cile. IXPE è stato lanciato nel dicembre 2021 e ha effettuato molte osservazioni di pulsar, ma J1023 è stato il primo sistema di questo tipo che ha esplorato.
Il NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) e l'Osservatorio Swift di Neil Gehrels della NASA hanno fornito preziose osservazioni del sistema nella luce ad alta energia. Altri telescopi che hanno contribuito con i loro dati sono stati il Karl G. Jansky Very Large Array di Magdalena, nel Nuovo Messico.
Il risultato: gli scienziati hanno trovato lo stesso angolo di polarizzazione nelle diverse lunghezze d'onda.
“Questa scoperta è la prova inconfutabile che un unico meccanismo fisico coerente è alla base della luce che osserviamo”, ha dichiarato Francesco Coti Zelati dell'Istituto di Scienze Spaziali di Barcellona, Spagna, coautore dei risultati.
Questa interpretazione sfida la saggezza convenzionale sulle emissioni di radiazioni delle stelle di neutroni nei sistemi binari, hanno detto i ricercatori. I modelli precedenti indicavano che i raggi X provengono dal disco di accrescimento, ma questo nuovo studio dimostra che hanno origine dal vento della pulsar.
“IXPE ha osservato molte pulsar isolate e ha scoperto che il vento della pulsar alimenta i raggi X”, ha dichiarato l'astrofisico Philip Kaaret, ricercatore principale dell'IXPE presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama. “Queste nuove osservazioni dimostrano che il vento della pulsar alimenta la maggior parte dell'energia prodotta dal sistema”.
Gli astronomi continuano a studiare le pulsar di transizione al millisecondo, valutando come i meccanismi fisici osservati si confrontino con quelli di altre pulsar e nebulose di vento di pulsar. Le osservazioni potrebbero aiutare a perfezionare i modelli teorici che descrivono il modo in cui i venti delle pulsar generano la radiazione e portare i ricercatori un passo più vicini, concordano Baglio e Coti Zelati, alla piena comprensione dei meccanismi fisici all'opera in questi straordinari sistemi cosmici.