Il (sesto) senso di Fermi per le pulsar

Spesso nella storia della scienza c’è un prima e c’è un dopo. Prima e dopo una scoperta inaspettata, prima e dopo una nuova teoria, prima e dopo un colpo di genio di qualche scienziato che cambia radicalmente le carte in tavola. Oppure prima e dopo il lancio di un osservatorio spaziale, che riesce a vedere cose che non avevamo mai visto prima. Come nel caso del Fermi Gamma-ray Space Telescope, che dal 2008 a oggi, con le sue osservazioni di raggi gamma provenienti dalle pulsar ha rivoluzionato le idee e le teorie che avevamo su questi oggetti dal comportamento ancora piuttosto misterioso.In un articolo appena uscito su Nature, Roger W. Romani, professore di Fisica e Astronomia all’Università di Stanford, uno dei protagonisti degli studi sulle pulsar degli ultimi anni, fa oggi il punto sullo stato delle ricerche in questo campo.Le pulsar sono stelle di neutroni – un residuo dell’esplosione di supernovae di stelle di grande massa – che ruotano su loro stesse con periodi variabili da qualche millisecondo a qualche secondo. Non le conosciamo così bene da poterne delineare con certezza le dinamiche e i connotati, ma esistono diversi modelli che ne descrivono il comportamento.

Una caratteristica comune delle pulsar è che rallentano progressivamente la loro rotazione, e tale cambiamento energetico alimenta l’espulsione di fasci di radiazione, che vengono emessi seguendo le linee dell’intenso campo magnetico. L’asse di rotazione delle pulsar non è però allineato con l’asse magnetico, e questo fa sì che la radiazione venga da noi rivelata a intervalli regolari, come la luce di un faro su una scogliera. Questo il modello di base. Ma con gli anni abbiamo scoperto per esempio che il tipo di radiazione emessa cambia da pulsar a pulsar: può essere visibile, radio, raggi X e/o raggi gamma, e con il tipo di radiazione cambia anche il modello di emissione. Oggi possiamo dire di non aver ancora decifrato completamente il loro meccanismo: “anche se sappiamo in che modo inviano i loro impulsi, stiamo ancora cercando di capire come brillano”, scrive Romani, che però è convinto che proprio gli studi sui potenti fasci di raggi gamma emessi da alcune stelle di neutroni e osservati da Fermi ci stiano avvicinando oggi più che mai a una migliore comprensione delle dinamiche delle pulsar.

Il medagliere di Fermi è in effetti piuttosto ricco di scoperte di pulsar gamma. Se prima del lancio del telescopio se ne conoscevano meno di una decina, oggi ne contiamo più di 150. Le nuove rivelazioni hanno fatto chiarezza sui vari modelli teorici che erano stati sviluppati, permettendo di scartarne alcuni. In particolare le scoperte di Fermi “hanno permesso di discriminare tra due classi di modelli”, spiega Sandro Mereghetti, ricercatore INAF/IASF di Milano, “quelli che prevedevano che i gamma originassero vicino ai poli magnetici della stella di neutroni, da dove vengono anche i fotoni radio, e quelli che prevedevano che provenissero da una zona molto più esterna della magnetosfera”. I dati di Fermi hanno confermato la seconda ipotesi. “Questo modello è quello che predice anche dei fasci di radiazione gamma molto larghi. Ciò spiega perché ci siano tante pulsar visibili in gamma ma non in radio: il fascio radio e più stretto, e può quindi ”mancare” la direzione della Terra”, spiega Mereghetti.

“Anche a 5 anni dal lancio”, scrive Romani, “le scoperte di pulsar gamma continuano”. Grazie a Fermi sappiamo oggi, per esempio, che l’emissione di radiazione gamma da parte di pulsar velocissime (MSP, millisecond pulsar) non solo non è rara come pensavamo, ma è anzi abbastanza comune, e le MSP sono oggi la classe più numerosa di pulsar gamma.

Secondo Romani, lo studio dettagliato degli impulsi registrati da Fermi fornisce “una nuova speranza per risalire ai processi alla base del funzionamento della macchina-pulsar e per rivelare l’elettrodinamica di questi acceleratori di particelle”.

Il successo di Fermi, secondo Mereghetti, “è un bell’esempio dei risultati che si ottengono quando un nuovo strumento permette di avere un miglioramento di sensibilità significativo, ma non vanno dimenticati anche i risultati che il nostro piccolo AGILE ha dato nel campo delle pulsar gamma, primo tra tutti la scoperta di variabilità dalla Nebulosa Granchio”.

Da parte sua, Romano chiude l’articolo auspicandosi che vadano a buon fine gli sforzi per migliorare la sensibilità a bassa energia del Large Area Telescope (LAT), il principale strumento a bordo di Fermi, così da poter ampliare ulteriormente e in breve tempo la collezione di pulsar osservate.

Fonte: Media INAF | Scritto da Matteo De Giuli