L’ENERGIA VA VIA COL VENTO RELATIVISTICO

Così rallenta una pulsar

Le pulsar, compattissime stelle di neutroni che ruotano vorticosamente, nel tempo diminuiscono la velocità di rotazione. Un gruppo di ricerca cinese ha ora scoperto che è la perdita di energia dovuta al vento, più che alla radiazione di dipolo magnetico, il principale fattore che ne rallenta la rotazione

Immagine in raggi X del resto di supernova B0540-69.3 ottenuta dal satellite Chandra nel novembre 1999. Crediti: R. Petre et al., Astrophysical Journal (2007)

Un gruppo di astrofisici cinesi ha scoperto che la nebulosa di vento di pulsar (in sigla Pwn, dall’inglese pulsar wind nebula) che circonda la famosa pulsar B0540-69 (o J0540−6919), la prima pulsar individuata al di fuori della nostra galassia, ha gradualmente aumentato la sua luminosità dopo che la pulsar ha subito un’improvvisa transizione della sua frequenza di rotazione. Questa scoperta, ora pubblicata su Nature Astronomy, fornisce importanti indizi sul meccanismo di rotazione e sulla struttura del campo magnetico della pulsar, nonché sulle proprietà fisiche della nebulosa di vento di pulsar.

Le pulsar sono stelle di neutroni altamente magnetizzate nate da esplosioni in supernova di stelle massicce. Generalmente hanno un diametro di circa 20 km, ruotano su se stesse molto velocemente e presentano un’intensità del campo magnetico superficiale di circa mille miliardi di Gauss. Secondo la teoria classica che descrive questi oggetti estremi, una pulsar isolata perde energia attraverso la radiazione di dipolo magnetico e quindi rallenta la rotazione.

Tuttavia, sottolineano gli autori del nuovo articolo, sempre più teorici ritengono che il modo principale in cui una pulsar isolata perde la sua energia di rotazione sia attraverso un vento relativistico costituito da elettroni, positroni e, probabilmente, campo magnetico. Se il vento è abbastanza forte, alla fine formerà una nebulosa di vento di pulsar, rilevabile attraverso l’interazione con i materiali circostanti. La celebre Nebulosa del Granchio è un esempio di tale tipo, con un’estensione di diversi anni luce, circa centomila volte la distanza dalla Terra al Sole.

Psr B0540-69 si trova nella Grande Nube di Magellano, una galassia satellite a circa 160mila anni luce dalla Via Lattea. Nel dicembre 2011, il rallentamento della velocità di rotazione di questa pulsar è aumentato improvvisamente del 36 per cento ed è rimasto quasi costante da allora, il che significa che anche la velocità di rilascio di energia della pulsar è aumentata di un’analoga percentuale.

Un’illustrazione – non in scala – del sistema pulsar e nebulosa di vento di pulsar. Il vento relativistico della pulsar centrale viene terminato da un’onda d’urto a un raggio di circa un anno luce e inizia a irradiarsi. La dimensione tipica di una nebulosa di vento di pulsar è di pochi anni luce. Crediti: Istituto per la fisica delle alte energie dell’Accademia cinese delle scienze, Ye Ziyi

A differenza di altre pulsar con transizioni di frequenza di rotazione simili, che sono accompagnate da variazioni del profilo degli impulsi e/o del flusso, attribuibili a cambiamenti nelle loro magnetosfere, per quanto riguarda la pulsar B0540-69 non è stata rilevata alcuna variazione nel profilo o nel flusso degli impulsi, rendendo un mistero la causa del cambiamento della frequenza di rotazione.

«Usando i dati ottenuti da alcuni satelliti astronomici a raggi X, troviamo che i raggi X della nebulosa di vento di pulsar attorno alla pulsar B0540-69 sono gradualmente aumentati d’intensità fino al 32±8 per cento rispetto al flusso precedente, durante un periodo di circa 400 giorni dal cambiamento di frequenza di rotazione», spiega Ge Mingyu dell’Accademia cinese delle scienze, primo autore del nuovo studio. «Riteniamo che l’accelerazione della pulsar sia molto probabilmente derivata da un improvviso potenziamento del campo magnetico nella regione del polo magnetico, che non influisce in modo significativo sull’emissione pulsata di raggi X ma aumenta la potenza del vento di pulsar e quindi l’emissione di raggi X come nebulosa di vento di pulsar».

Questa è la prima volta che l’aumento d’intensità della nebulosa di vento di pulsar è stato collegato in modo osservazionale con la transizione della frequenza di rotazione della pulsar, il che implica che il vento della pulsar è il principale fattore che rallenta la rotazione della pulsar.

«La scala temporale di 400 giorni dell’aumento del flusso corrisponde a un’intensità del campo magnetico di circa 0.8 milli-Gauss nella nebulosa di vento di pulsar. Questa è anche la prima misura diretta del campo magnetico ed è coerente con il valore precedentemente stimato in alcune ipotesi», conclude Lu Fangjun, sempre dell’Accademia cinese delle scienze e coautore della ricerca.

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