CON UN’ACCURATEZZA DI 12 MICROSECONDI

Aqueye+ conta i fotoni della millisecond pulsar

È la prima volta che un’osservazione in banda ottica di una pulsar al millisecondo viene compiuta ad Asiago e la seconda volta in assoluto al mondo. A riuscirci, un team guidato da Luca Zampieri dell’Inaf di Padova. I risultati sono pubblicati su Mnras

Il telescopio Copernico e, nell’ingrandimento in basso a sinistra, il contatore di fotoni Aqueye+

Il contatore veloce di fotoni Aqueye+, installato ad Asiago al telescopio Copernico dell’Inaf di Padova, ha rilevato la sua prima pulsar ottica al millisecondo. L’osservazione, compiuta dal gruppo di ricerca coordinato da Luca Zampieri dell’Inaf – Osservatorio astronomico di Padova, fornisce un’ulteriore conferma dell’esistenza di pulsazioni ottiche nella transitional millisecond pulsar Psr J1023+0038.

È la prima volta che un’osservazione di questo genere viene fatta ad Asiago e la seconda volta in assoluto al mondo: la prima scoperta analoga avvenne con un fotometro ottico a elevata risoluzione temporale al Telescopio nazionale Galileo dell’Inaf, sulle Isole Canarie, circa due anni fa. Le transitional millisecond pulsar sono una particolare classe di sorgenti che periodicamente passano da una fase in cui si comportano come radio pulsar, emettendo un impulso regolare con frequenze dell’ordine del millisecondo, a una fase in cui si spegne la pulsazione radio e diventano sistemi binari in accrescimento (low-mass X-ray binaries) in cui la stella di neutroni, che prima era visibile come radio pulsar, inizia a risucchiare materia dalla stella compagna e cambia radicalmente la sua fenomenologia. La rilevazione di un impulso regolare nell’emissione ottica nell’ordine del millesimo di secondo rappresenta una sfida strumentale impegnativa, dunque questo ottenuto ad Asiago è un risultato notevole.

Lo studio di questi tipo di sorgenti celesti è di fondamentale importanza perché fornisce un’evidenza diretta del legame tra le radio millisecond pulsars e le low mass X-ray binaries. L’esistenza delle millisecond pulsar era già nota: sono infatti osservate nella banda radio, nei raggi gamma, nei raggi X. Tuttavia, vederle pulsare nell’ottico rappresenta praticamente una novità. Rispetto al gruppo di ricerca che osservò per la prima volta un fenomeno analogo al Tng – che ha uno specchio primario di 3.58 metri di diametro – nel 2016, con il telescopio di Asiago la sfida era decisamente più ardua: avendo a disposizione una superficie minore per la raccolta dei fotoni (lo specchio primario del Copernico è di 182 cm), il rapporto segnale/rumore è molto più basso. Si deve tenere presente che si vuole misurare un segnale di luce pulsata che rappresenta al massimo lo 0,5 per cento della luce totale proveniente dall’oggetto, pulsazione quindi dominata dal segnale luminoso costante della stella compagna (ricordiamo che si tratta un sistema binario).

Luca Zampieri, astronomo all’Inaf di Padova e primo autore dell’articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters

«L’accuratezza con cui siamo riusciti a misurare con Aqueye+ la fase rotazionale di Psr J1023+0038, utilizzando alcune notti consecutive di osservazioni, è di circa dodici milionesimi di secondo. Riuscire a fare questo tipo di misure non è facile: la difficoltà principale», spiega Zampieri, «è riuscire a essere molto accurati nella determinazione del tempo di arrivo dei fotoni nella banda ottica (time-tagging). L’accuratezza temporale strumentale è fondamentale per la rivelazione di questo tipo di segnale periodico, e lo è ancora di più in prospettiva: si possono infatti ripetere le misure nel tempo a mesi e anni di distanza per ricostruire la storia rotazionale della pulsar, e solo in caso di elevata precisione si possono effettuare misurazioni in simultanea – per esempio, a un satellite X – per poi confrontare i risultati».

Aqueye+ è un progetto definibile end-to-end, ovvero nato da un certo tipo di idea mirata a produrre risultati scientifici originali nel campo dell’astrofisica a elevata risoluzione temporale, che è proprio quello che si sta verificando. Per il gruppo che ci lavora – coordinato da Zampieri insieme a Giampiero Naletto e Cesare Barbieri dell’Università di Padova, e di cui fanno parte postdoc, studenti e tecnici dell’Osservatorio e dell’Università di Padova, oltre a personale scientifico di altri istituti – quest’ultimo risultato rappresenta un major achievement. «Il nostro sogno nel cassetto era rilevare una pulsazione ottica veloce da una sorgente di questo tipo e poterla studiare con la nostra strumentazione. Il fatto che ci siamo riusciti da Asiago», dice Zampieri, «è motivo di particolare orgoglio perché non era banale riuscirci anche a livello strumentale».

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