Una pulsar è una stella di neutroni in rapida rotazione che emette impulsi di radiazione (come raggi X e onde radio) a intervalli regolari noti. Una millisecond pulsar ha un periodo di rotazione nell’intervallo di 1-10 millisecondi. Mentre la pulsar prende velocità attraverso l’accrescimento a scapito di una stella compagna, si deforma per via di sottili cambiamenti nella sua superficie. Questa leggera deformazione è sufficiente a produrre onde gravitazionali. Il materiale che scorre sulla superficie della pulsar dalla stella compagna tende ad accelerare la rotazione, ma la perdita di energia in seguito all’emissione delle onde gravitazionali ha un effetto opposto, rallentandola. Questa competizione tra forze può raggiungere un equilibrio, fissando un limite naturale di velocità per le millisecond pulsar oltre il quale non possono spingersi. Crediti: Nasa
Immaginate di misurare la dimensione di un batterio (pochi milionesimi di metro) da una distanza di circa 4500 anni luce. Sarebbe una misura assolutamente incredibile, considerando che un batterio è così piccolo che per vederlo è necessario un microscopio e la distanza che la luce percorre in 4500 anni è enorme, essendo così veloce da riuscire a girare intorno alla Terra più di sette volte in un solo secondo!
E invece, sembra proprio che Sudip Bhattacharyya del Tata Institute of Fundamental Research (Tifr) ci sia riuscito, misurando (indirettamente) una piccola deformazione delle dimensioni di un batterio in una stella di neutroni a una distanza di circa 4500 anni luce.
I risultati del suo studio sono stati pubblicati su Monthly Notice of the Royal Astronomical Society.
Le stelle di neutroni sono oggetti cosmici incredibilmente densi. Hanno all’incirca le dimensioni di una città (circa 20 chilometri), ma contengono più materiale di quanto ne contenga il Sole. Alcune di loro ruotano diverse centinaia di volte in un secondo e vengono chiamate pulsar al millisecondo (millisecond pulsar). Una leggera asimmetria o deformazione attorno all’asse di rotazione di una stella del genere causerebbe la continua emissione di onde gravitazionali.
Le onde gravitazionali, increspature nello spazio-tempo, recentemente si sono rivelate essere una vera e propria nuova finestra sull’universo, ma finora sono state trovate solo sotto forma di fenomeni transitori, generate dalla fusione di buchi neri e stelle di neutroni. Fino a oggi, non sono state rilevate onde gravitazionali continue, come quelle previste nel caso di una stella di neutroni leggermente deformata e in rotazione. D’altra parte, se la deformazione è troppo piccola gli strumenti attuali potrebbero non essere in grado di rilevarle.
Sudip Bhattacharyya ha dedotto una deformazione microscopica della stella di neutroni nel sistema stellare binario Psr J1023+0038. L’asse di rotazione della stella è perpendicolare al piano della figura. La deformazione della stella di neutroni in una direzione (sopra e sotto) è solo di pochi micrometri, confrontabile con la dimensione di un batterio, stimata da una distanza di circa 4500 anni luce. Crediti: Sudip Bhattacharyya
Un modo per inferire indirettamente la presenza delle onde gravitazionali e misurare tale deformazione è quello di stimare il contributo delle onde alla velocità di rotazione della pulsar, cosa che finora non era possibile.
La pulsar Psr J1023 + 0038 – la cui emissione in banda ottica è stata osservata per la prima volta con il Telescopio nazionale Galileo dell’Inaf – è una sorgente cosmica unica per questo scopo, perché è l’unica millisecond pulsar per la quale sono state misurate due velocità di spin-down (ossia di rallentamento della sua rotazione): nella fase di trasferimento di massa dalla stella compagna e nella fase in cui non c’è trasferimento di massa.
Utilizzando questi valori e le leggi di conservazione del momento angolare, Bhattacharyya ha dedotto l’emissione di onde gravitazionali in modo continuo e ha stimato la deformazione microscopica della stella di neutroni. Grande quanto un batterio… a 4500 anni luce di distanza!
Per saperne di più:
- Leggi su Monthly Notice of the Royal Astronomical Society l’articolo “The permanent ellipticity of the neutron star in PSR J1023+0038” di Sudip Bhattacharyya