UNA PULSAR A EMISSIONE VARIABILE

Quando la costanza viene meno

Una delle caratteristiche finora attribuite all'emissione di raggi gamma di una stella di neutroni era la sua costanza. Ma uno studio pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal Letters sembra mettere in forse il paradigma della stabilità delle pulsar nei raggi gamma.

Una delle caratteristiche finora attribuite all’emissione di raggi gamma di una stella di neutroni era la sua costanza. Ma uno studio pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal Letters sembra mettere in forse il paradigma della stabilità delle pulsar nei raggi gamma.

È stato il satellite della NASA Fermi a rivelare una diminuzione di flusso in questa banda di radiazione da PSR J2021+4026, una pulsar gamma senza emissione radio che si trova nella regione di cielo del Cigno e simile a un’altra celebre sorgente di questo tipo: Geminga.

Immagine gamma della regione centrata sulla pulsar PSRJ2021+4026 a sinistra la visione prima del sussulto a destra la visione successiva che mostra chiaramente la diminuzione del flusso  Sotto, un grafico del tasso di rallentamento della pulsar (espresso in milionesimi di rotazioni perse nel corso di un anno). Nel corso di ottobre 2011 il tasso di rallentamento è passato da 6,5 milionesimi di giro all'anno a 6,7. Un effetto macroscopico nell'energetica della pulsar

Immagine gamma della regione centrata sulla pulsar PSRJ2021+4026
a sinistra la visione prima del sussulto a destra la visione successiva che mostra chiaramente la diminuzione del flusso
Sotto, un grafico del tasso di rallentamento della pulsar (espresso in milionesimi di rotazioni perse nel corso di un anno). Nel corso di ottobre 2011 il tasso di rallentamento è passato da 6,5 milionesimi di giro all’anno a 6,7. Un effetto macroscopico nell’energetica della pulsar

PSR J2021+4026 ruota su se stessa circa quattro volte al secondo, e la sua vorticosa velocità rallenta di qualche milionesimo di giro ogni anno perché, come per tutte le pulsar, il gigantesco campo magnetico della stella agisce come un freno. L’energia persa quando la stella rallenta viene emessa sotto forma di radiazione elettromagnetica, permettendoci di rivelare le pulsar a varie lunghezze d’onda. Se confrontata con le altre pulsar a raggi gamma, PSR J2021+4026 è una stella di neutroni abbastanza giovane (l’età calcolata è di circa 77.000 anni) e ragionevolmente energetica. Gli astrofisici suggeriscono una probabile associazione con il resto di supernova G78.1+2.1, cosa che la collocherebbe a una distanza di quasi 5 mila anni luce. Recentemente il telescopio per lo studio dell’universo nelle alte energie, ovvero XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), è riuscito a misurare la sua pulsazione in raggi X. Una caratteristica che, ancora una volta, la accomuna a Geminga. Solo tre infatti, tra le 35 stelle di neutroni senza emissione radio del secondo catalogo delle pulsar Fermi, sono state viste pulsare nei raggi X (oltre a PSR J2021+4026 e Geminga, nel club esclusivo trova posto anche PSR J0007+7303, nel resto di Supernova denominato CTA-1).

Fatte queste debite premesse, è necessario ora ricordare che nel 2011 il team che coordina le attività del satellite AGILE (satellite italiano per le alte energie dell’Universo realizzato dall’ASI con il contributo scientifico dell’INAF) ha annunciato, in un articolo pubblicato sulla rivista Astronomy&Astrophysics che, nel periodo tra novembre 2007 e agosto 2009, aveva registrato la variazione di una sorgente nella regione del Cigno. “Con AGILE abbiamo visto che, confrontata con le sorgenti vicine, 1AGL J2022+4032 non era costante – dice Andrew Chen, primo autore dell’articolo – ma non abbiamo potuto escludere che la variabilità fosse dovuta alla nebula della pulsar o a qualche altra sorgente”. Dal momento che PSR J2021+4026 è la sorgente nel catalogo di Fermi più vicina a quella osservata da AGILE, Massimiliano Razzano e Luigi Tibaldo (il primo esperto di pulsar, il secondo conoscitore della complicata regione del Cigno) hanno deciso di dare un’occhiata al suo comportamento seguendo l’andamento della sua emissione monitorata nel corso degli ultimi anni da Fermi.

Con grande sorpresa i due ricercatori, membri del team di Fermi-LAT, hanno visto che la sorgente mostrava una diminuzione del flusso che si è verificata nello spazio di una settimana, nell’ottobre 2011. Il confronto con PSR J2021+3651, un’altra pulsar simile alla sorgente in esame per flusso e spettro a solo 3,5 gradi di distanza, non rivela nessuna variazione, a riprova del fatto che la diminuzione di flusso osservata per PSR J2021+4026 è un effetto reale e non un problema strumentale.

L’analisi degli impulsi di raggi gamma emessi dalla sorgente rivela che, in corrispondenza della diminuzione di flusso, il tasso di rallentamento della stella è cambiato. “Quando abbiamo individuato il cambio del flusso gamma non pensavamo che potesse essere dovuto alla pulsar” dice Luigi Tibaldo, Post Doc all’Università di Stanford, “Poi abbiamo scoperto che,esattamente nella stessa settimana in cui il flusso era diminuito, bruscamente la rotazione della stella di neutroni intorno al suo asseaveva cominciato a rallentare più rapidamente. La simultaneità tra i due fenomeni ha provato che erano legati alla pulsar”. Non è la prima volta che si vede un sussulto, ossia un improvviso cambiamento nella velocità con cui una stella di neutroni ruota su se stessa. I sussulti, in termini tecnici glitch, sono abbastanza normali, specialmente nelle pulsar ‘giovani’, e gli astronomi radio sono abituati a studiarli. Anche nei dati di Fermi si sono visti parecchi di questi eventi, ma di solito non sono associati a un cambiamento di flusso. Sia nei dati radio sia in quelli gamma, al sussulto di solito segue un periodo di recupero abbastanza rapido che termina con il ritorno alla normalità dei parametri che descrivono la rotazione della stella. La pulsar nella costellazione delle Vele, per esempio, è nota per avere dei sussulti molto frequenti, ma studi del comportamento della sorgente gamma (che è la più brillante del cielo) prima e dopo non hanno mai evidenziato nessun cambiamento nel flusso.

Nel caso di PSR J2021+4026, invece, non si vede nessun recupero. I parametri sono cambiati e non sembrano intenzionati a tornare ai valori precedenti. Si tratta di un fenomeno nuovo per l’astronomia gamma e Massimiliano Razzano, giovane ricercatore a tempo determinato presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa e l’INFN, dice: “Pensiamo che questo brusco cambiamento d’umore sia dovuto a un’improvvisa riconfigurazione del campo magnetico della pulsar, che potrebbe persino aver modificato un po’ la direzione dell’asse magnetico della stella. Approfondire lo studio del fenomeno potrebbe aiutarci a capire meglio le leggi fisiche dei campi magnetici in condizioni estreme. Parliamo di campi magnetici migliaia di miliardi di volte più intensi di quello terrestre e pertanto impossibili da creare in laboratorio”.

L’articolo intitolato PSR J2021+4026 in the Gamma Cygni region: the first variable gamma-raypulsar seen by the Fermi LAT è pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal Letters ed è disponibile anche all’indirizzo http://arxiv.org/abs/1308.0358v2

L’articolo Study of the γ-ray source 1AGL J2022+4032 in the Cygnus region basato sulle osservazioni del satellite AGILE è pubblicato sulla rivista Astronomy&Astrophysics, volume 525, pag 33 (2011) e disponibile anche all’indirizzo http://arxiv.org/abs/1009.5539