Una pulsar irrequieta

Le dimensioni di una stella di neutroni confrontate con quelle di Manhattan (© immagine NASA/Goddard Space Flight Center)

Le stelle di neutroni rappresentano uno degli ambienti più estremi dell'intero Universo. Con milioni di masse terrestri schiacciate in una sfera poco più grande di una città, queste stelle occasionalmente esplodono in gigantesche eruzioni di raggi–X, alimentate da raffiche di deflagrazioni termonucleari che avvengono sulla superficie degli astri. C'è un motivo, se sono i corpi celesti più simili ai buchi neri.
Fenomeni come quello che abbiamo appena descritto sono molto difficili da cogliere 'in diretta' ma, per fortuna, il telescopio americano Rossi X–ray Timing Explorer (RXTE) ci è riuscito.

Alla fine del 2010, RXTE osservò una stella di neutroni esplodere al centro della nostra galassia, e catturò l'intero avvenimento in un mese di eccezionali riprese. Ora, un team di astronomi ha completato l'analisi dei dati, ed è stato in grado di colmare una grossa lacuna che si era creata fra teoria e osservazioni.

«In un solo mese, abbiamo visto dei comportamenti che non erano mai stati registrati nelle osservazioni di quasi 100 stelle di neutroni in piena esplosione negli ultimi 30 anni» ha commentato Manuel Linares del Kavli Institute of Astrophysics and Space Research del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge. Linares è l'autore principale dell'articolo sulla scoperta che sarà pubblicato il 20 Marzo sull'Astrophysical Journal.

Il 10 Ottobre 2010 (10/10/10), il satellite europeo INTEGRAL osservò una nuova sorgente di raggi–X in direzione dell'ammasso globulare Terzan 5, posto a 25 mila anni luce da noi nella costellazione del Sagittario. Si trattava di IGR J17480–2446, un sistema binario con una massa molto bassa e formato da una stella di neutroni e da un astro simile al nostro Sole. I tecnici di missione europei contattarono subito i colleghi americani, e dopo solo tre giorni l'occhio di RXTE era già puntato in direzione di IGR J17480–2446, che nel frattempo era stato rinominato in T5X2 in quanto era divenuto la seconda sorgente di raggi–X più luminosa all'interno del suo ammasso.

RXTE notò subito che T5X2 pulsava con un ritmo molto regolare, e gli astronomi furono così in grado di classificarla come pulsar. Le pulsar sono stelle di neutroni che emettono energia elettromagnetica con intervalli regolari. Inoltre, il loro incredibile campo magnetico converge il gas risucchiato dalla stella compagna verso i poli magnetici della stella. Qui nascono macchie dotate di temperature elevatissime che, mentre ruotano assieme alla stella, emettono pulsazioni rilevabili alle lunghezze d'onda dei raggi–X.

Gli scienziati Tod Strohmayer e Craig Markwardt del Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland, hanno dimostrato che la pulsar completa un'orbita su sé stessa 11 volte al secondo – un ritmo abbastanza 'lento' per la sua famiglia. Anche il moto di rivoluzione attorno alla stella compagna può influire sulla frequenza delle pulsazioni, e gli scienziati hanno scoperto che la pulsar orbita attorno all'altra stella ogni 21 ore circa.

Proprio quel giorno, RXTE osservò anche la prima esplosione termonucleare sulla superficie della pulsar. Tra il 13 Ottobre e il 19 Novembre, ne osservò altre 400, mentre altre ancora furono colte dagli occhi di INTEGRAL e dai telescopi statunitensi Swift e Chandra. RXTE, infine, fu spento dai tecnici di missione il 5 Gennaio 2012.

In questo sistema binario, la pulsar 'risucchia' materiale dalla stella compagna, con un fenomeno chiamato 'accrescimento'. Il materiale è attratto dall'incredibile forza gravitazionale esercitata dalla stella di neutroni e cade sulla superficie, formando uno strato di idrogeno ed elio che riveste la superficie. Quando questo strato raggiunge un certo spessore, si innescano le prime reazioni termonucleari, che provocano il susseguirsi di esplosioni.

I modelli computerizzati tridimensionali costruiti dagli scienziati hanno dimostrato che, se il ritmo di accrescimento è elevatissimo, nello strato di idrogeno ed elio possono avvenire reazioni stabili che, di conseguenza, non portano a esplosioni termonucleari. T5X2 ha però un ritmo di accrescimento più basso, e si vede dunque il tipico 'battito cardiaco' dettato dalle esplosioni: c'è un massimo e poi una lunga pausa, in cui lo strato – ormai scomparso – si riforma.

«Consideriamo T5X2 come una 'stella modello', uno che sta facendo tutto ciò che ti aspettavi» ha commentato Diego Altamirano, astrofisico presso l'Università di Amsterdam.

L'unica domanda che rimane è: perché questo sistema è così diverso da tutti gli altri? Secondo Linares, la chiave per la riposta potrebbe essere la lenta rotazione. Con una rotazione più veloce, infatti, entrerebbe in gioco anche l'attrito tra la superficie stellare e lo strato gassoso e il calore che viene generato dal contatto tra i due.

Fonti

NASA