Pulsar a sorpresa

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Dopo averci regalato, all'inizio dell'anno, la problematica supernova SN2014J, la Galassia Sigaro - M82 per gli addetti ai lavori - ha pensato bene di sollecitare nuovamente le fantasie degli astronomi. E lo ha fatto nel modo più simpatico: ricorrendo a ciò che Horace Walpole, a metà del Settecento, battezzò con il termine Serendipity, cioè offrendo l'opportunità di una nuova scoperta a chi si stava occupando d'altro.
Il team internazionale di astrofisici coordinato da Matteo Bachetti, infatti, si stava interessando alle osservazioni X raccolte dai telescopi spaziali NuSTAR e Chandra che stavano seguendo l'evolversi della supernova comparsa in M82 lo scorso gennaio. Dai dati risultava la presenza in M82 di alcune sorgenti caratterizzate da una forte emissione nel dominio X. Gli astrofisici indicano queste sorgenti X particolarmente intense con il termine di Ultra-Luminous X-ray sources (ULX) e finora erano sempre state associate all'intensa attività di accumulo di materiale da parte di un buco nero particolarmente vorace.
L'analisi dettagliata dei dati riguardanti una di queste sorgenti, codificata come M82-X2, ha però mostrato la presenza di una pulsazione estremamente regolare, con un impulso ogni 1,37 secondi e una altrettanto regolare variazione in tale impulso ogni 2,5 giorni. Caratteristica assolutamente inattesa e del tutto inconciliabile con il consueto scenario che prevede al cuore delle ULX un affamato buco nero. I buchi neri, infatti, non pulsano!
Gli astrofisici, però, conoscono molto bene una tipologia di oggetti celesti che hanno proprio nella pulsazione la loro caratteristica principale: le pulsar. Praticamente si tratta di relitti stellari generati a seguito di una esplosione di supernova, oggetti caratterizzati da una massa di poco superiore a quella solare compattata in una struttura del diametro di una ventina di chilometri. Sono note anche come stelle di neutroni: la densità che le caratterizza, infatti, è talmente elevata che la materia che le compone è stata trasformata in un fluido di neutroni. La caratteristica saliente è la presenza, in corrispondenza dei loro poli magnetici, di due fasci di intensa emissione che, per l'inclinazione dell'asse di rotazione, possono trasformare la stella di neutroni in un potente faro cosmico. Quando uno di questi fasci punta verso la Terra riusciamo dunque a individuare la pulsar (il meccanismo è stato suggerito a metà degli Anni 60 dal nostro Franco Pacini). M82-X2, dunque, poteva essere ricondotta a una pulsar e per la regolare variazione della sua pulsazione si poteva chiamare in causa il moto orbitale intorno a una stella compagna con massa almeno 5 volte quella del Sole. L'eccezionale scoperta del team di Bachetti, pubblicata su Nature nei giorni scorsi, ha una notevole ricaduta sia sullo studio delle ULX che delle stesse pulsar. Non solo, infatti, è la prima volta che per la spiegazione di queste luminose sorgenti X si deve abbandonare l'unicità del modello che prevede l'attività di un buco nero, ma la particolare intensità dell'emissione di M82-X2 impone un ripensamento di alcuni aspetti delle pulsar. Poiché l'emissione X è dovuta al flusso di materia che la pulsar sta accumulando a spese della stella compagna, l'incredibile luminosità osservata in questa sorgente indica che in questo caso l'accumulo di materia sta avvenendo a un tasso mai osservato finora. Il suo valore, infatti, si colloca ben al di là del limite di Eddington, un valore che descrive una sorta di meccanismo di autoregolazione naturale di un astro: se l'energia emessa è troppo elevata riesce a contrastare la caduta di ulteriore materia. Qualche volta si osservano situazioni in cui il limite di Eddington viene superato, ma nel caso di M82-X2 si parla di emissione di gran lunga superiore al consentito. Una situazione che richiede un supplemento di analisi teorica sulla fisica delle pulsar.

Per approfondire alcuni aspetti della scoperta abbiamo contattato direttamente il primo autore dello studio, l'astrofisico Matteo Bachetti. Laurea e dottorato in fisica, attualmente è in forza all'Osservatorio Astronomico di Cagliari e al Sardinia Radio Telescope e la sua ricerca è incentrata sullo studio teorico e osservativo di stelle di neutroni e buchi neri. Al tempo della scoperta della pulsar lavorava in Francia, presso l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie di Tolosa.

Dottor Bachetti, anzitutto complimenti per l'importante scoperta. Partiamo dalla sorpresa che l'ha caratterizzata: finora gli unici indiziati per spiegare gli ULX erano i buchi neri, mentre da adesso in poi si dovranno fare i conti anche con le pulsar. Ma si tratta davvero di una scoperta del tutto inattesa oppure qualche sospetto già c'era nell'aria?
Praticamente inattesa. Nessuno ha mai creduto seriamente che quelle sorgenti fossero stelle di neutroni. C'è in astronomia un concetto che è quello di limite di Eddington. Se un oggetto accresce materia, questa materia si riscalda ed emette della radiazione. Più materia cade, più radiazione viene emessa. Questa radiazione agisce sulla materia che cade, esercitando una pressione. Il limite di Eddington è quella luminosità oltre la quale la pressione di radiazione "vince" sulla materia che cade, e quindi ferma ogni ulteriore accrescimento. Il limite di Eddington è più alto se l'oggetto (la stella) è più massiccio. Questo limite non è insuperabile: ci sono diversi "trucchi" della natura per superarlo e abbiamo molti esempi di oggetti che ci riescono, in particolar modo alcune pulsar. Questa pulsar, però, sorpassa persino il limite di Eddington di buchi neri molto più grossi: è circa 100 volte il limite di Eddington per un oggetto della massa di una stella di neutroni! E questo no, non si era mai visto.

Cosa potrebbe comportare per gli attuali modelli delle pulsar l'avere scoperto che la loro capacità di acquisire materia è di gran lunga maggiore di quanto previsto? Secondo lei la pulsar di M82-X2 è un'eccezione oppure la punta di un iceberg?
C'erano articoli che predicevano la massima luminosità per una pulsar (comprese tutte le correzioni al limite di Eddington), ma la pulsar che abbiamo scoperto quel record l'ha superato di 10 volte. Quindi adesso i prossimi mesi/anni saranno dedicati alle osservazioni di questa pulsar (a tutte le lunghezze d'onda) per capire cosa abbia di diverso dalle altre. Penso che se ne troveranno altre, ma non so dire per ora quale possa essere la probabilità che ce ne siano molte.

La pulsar appartiene a un sistema doppio e si alimenta con il materiale della stella compagna. Si sa qualcosa di più sulla storia del sistema? Si è riusciti, per esempio, a valutare l'età di formazione della pulsar?
Presumibilmente, si tratta di un sistema relativamente giovane. I dati in nostro possesso sono però ancora troppo scarsi e per capirne meglio la storia servirà osservarla di nuovo e più a fondo.

Da quanto mi risulta, finora la pulsar era completamente sconosciuta. Ora lei è in forza al Sardinia Radio Telescope, è prevista qualche attenzione particolare per studiare M82-X2 anche nel dominio radio?
Certamente. Guardare a diverse lunghezze d'onda dà delle informazioni importanti su aspetti diversi di queste sorgenti. Una delle cose che si possono rivelare dalle osservazioni radio, ad esempio, è l'emissione dalla possibile materia espulsa dal sistema, cosa assai probabile a questi altissimi tassi di accrescimento.

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