A CACCIA DI MILLISECOND PULSAR

Un inaspettato Fermi

La scoperta dell’emissione gamma da parte dei pulsar velocissimi è uno dei risultati più inaspettati della missione Fermi. i pulsar velocissimi, sui quali nessuno avrebbe scommesso fino a 5 anni fa, sono ora la classe più numerosa all’interno della famiglia dei pulsar gamma

grafico fermiLa scoperta dell’emissione gamma da parte dei pulsar velocissimi è uno dei risultati più inaspettati della missione Fermi. Chi pensava che le stelle di neutroni capaci di produrre fotoni di alta energia fossero solo quelle relativamente giovani ed energetiche è stato, prima, sorpreso e, dopo, letteralmente travolto dal diluvio di pulsar velocissimi (in breve MSP, millisecond pulsar). Diluvio che è stato notevolmente amplificato da un altro risultato assolutamente inatteso: la scoperta (in radio) di dozzine di nuovi pulsar velocissimi all’interno delle regioni di incertezza (gli error box) di altrettante sorgenti gamma non identificate. Morale, i pulsar velocissimi, sui quali nessuno avrebbe scommesso fino a 5 anni fa, sono ora la classe più numerosa all’interno della famiglia dei pulsar gamma, famiglia che continua a crescere e ha recentemente superato quota 150.

Il grafico il alto, preso dal mio recente articolo su Annual Review, mostra la crescita in funzione del tempo delle rivelazioni di pulsar gamma divisi nelle tre classi ormai codificate: pulsar giovani con emissione radio (in verde), pulsar giovani senza emissione radio (tipo Geminga in blu) e pulsar velocissimi (MSP in rosso). Nello zoom si evidenzia la crescita straordinaria alla quale abbiamo assistito in questi ultimi anni con tratteggiata la situazione descritta nel primo e nel secondo catalogo dei pulsar Fermi.

Esaminando con un po’ di attenzione i MSP scoperti in coincidenza delle sorgenti Fermi non identificate, quindi selezionati sulla base delle loro caratteristiche gamma, piuttosto che radio, si fanno delle scoperte interessanti che sono però sconsigliate a coloro che soffrono di aracnofobia. Infatti tra i MSP rivelati in gamma si nota una notevole abbondanza di vedove nere e di sistemi cosiddetti redbacks, piacevoli ragnetti con la schiena rossa che deliziano specialmente gli australiani. Si tratta di nomignoli dati a sistemi binari dove la radiazione di alta energia emessa dalla stella di neutroni scalda la superficie della piccola stella compagna e la fa evaporare. È un rapporto di coppia decisamente sfortunato per la stella compagna che prima ha fornito materia (e momento angolare) alla stella di neutroni, che ha così potuto accelerare moltissimo la sua rotazione, per poi venire vaporizzata dalla radiazione della compagna ringiovanita e energizzata a sue spese. Un rapporto di coppia non diverso da quello della femmina vedova nera che mangia il maschio dopo essersi accoppiata. La differenza tra vedove nere e redbacks sta nelle dimensioni relative tra maschio e femmina quindi tra la stella compagna e le stella collassata. Mentre nei sistemi vedove nere le compagne stellari sono molto piccole (fino a dozzine di volte la massa di Giove), nei redbacks sono un pochino più grandi. La vedova nera da primato è stata scoperta nei dati Fermi grazie ad una collaborazione tra gli studi in ottico, fatti dal gruppo di Roger Romani, e la potenza di calcolo del supercomputer dello Albert Einstein Institute di Hannover, unita alla determinazione di Holger Pletsch e del suo team.

Dal momento che le vedove nere fanno evaporare la stella compagna, un sistema binario vedova nera deve essere una sorgente variabile nel visibile. Sulla base di questa considerazione Roger Romani ed il suo gruppo sono andati a cercare sorgenti variabili nelle regioni di incertezza associate alle sorgenti Fermi non identificate e hanno trovato una candidata molto interessante con un comportamento variabile che si ripeteva ogni 95 minuti. Un periodo decisamente breve anche per una vedova nera. Grazie a questa informazione il gruppo tedesco è riuscito a evidenziare la periodicità gamma di circa 2,5 msec. J1311-3433 è stato il primo pulsar velocissimo scoperto in gamma: un grandissimo successo che ha punto nel vivo i radioastronomi che sono poi riusciti a rivelare la pulsazione anche in radio. Abbiamo già raccontato questa storia su Media INAF.

Adesso la novità sta nella misura della massa della stella di neutroni in alcuni di questi sistemi. È un risultato dovuto ancora una volta al gruppo di Roger Romani che ha misurato, in modo molto convincente, valori di oltre 2 masse solari. Mentre non è irragionevole che le stelle di neutroni riciclate pesino un po’ di più di quelle normali (dopo tutto hanno acquisito materia dalla stella compagna), questi valori hanno implicazioni importanti sulle equazioni di stato delle stelle di neutroni puntando decisamente verso quelle più “rigide”. È un altro risultato inatteso del diluvio di pulsar velocissime viste da Fermi. E non sarà certo l’ultimo.