Pulsar trasformista

Queste rappresentazioni artistiche mostrano il pulsar J1023 prima (sopra) e dopo (sotto) la scomparsa del suo segnale radio intermittente. Crediti: NASA’s Goddard Space Flight Center

I pulsar velocissimi, quelli che ruotano con periodi di pochi millisecondi, sono oggetti vecchi che, in assenza di interventi esterni, dovrebbero avere campo magnetico indebolito dal tempo e periodi di rotazione di decine di secondi. Invece, l’intervento di una stella compagna che cede massa (e momento angolare) alla stella di neutroni  fa si che quest’ultima acceleri la sua velocità di rotazione fino a raggiungere periodi di poco superiori al millisecondo. Il campo magnetico rimane 10.000 volte più debole di quello dei pulsar giovani, ma la velocità di rotazione raggiunge livelli difficili da immaginare.  I pulsar velocissimi sono quindi, nella maggioranza dei caso, in sistemi binari (i pochi isolati si sono liberati dalla stella compagna facendola evaporare). Lo scambio di materia tra la stella normale e la compagna compatta fa fluire un fiume di materia verso la stella si neutroni intorno alla quale si forma un disco di accrescimento. La materia spiraleggia, avvicinandosi sempre di più alla stella di neutroni, si scalda ed emette raggi X. Tra le centinaia di sistemi binari che emettono raggi X che conosciamo, questi sono catalogati come LMXB (Low Mass X-ray Binaries), quelli leggeri, dal momento che hanno una compagna poco massiva.

I pulsar velocissimi vengono studiati, per lo più, grazie alla loro emissione radio ma il meccanismo di produzione è delicato e non deve essere disturbato. La materia che cade verso la stella di neutroni è un disturbo più che sufficiente ad inibire l’emissione radio. Quindi, rivelare emissione radio con periodo di pulsazione di millisecondi da un sistema binario di questo tipo significa assenza di disco di accrescimento, mentre rivelare emissione X significa presenza del disco di accrescimento.

Visto che per diventare pulsar velocissimi, il disco di accrescimento deve essere esistito, mentre per essere rivelati come pulsar radio, il disco deve essere scomparso, è naturale aspettarsi di trovare degli oggetti di transizione che passino dalla fase con disco a quello senza disco e viceversa. PSR J1023+0038 sembra proprio essere uno di questi oggetti di transizione. Fino al giugno 2013 era un pulsar radio con periodo di rotazione di 1,7 msec all’interno di un sistema binario molto compatto con un periodo orbitale di poco meno di 5 ore.

I radioastronomi avevano dei sospetti sulla sua natura da trasformista e, da anni, lo tenevano sotto controllo. Il 19 giugno 2013 avevano rivelato emissione radio come al solito ma il 23 l’emissione non c’era più. Sarebbe stato il momento di iniziare una campagna di osservazione in X, ma la sorgente era troppo vicina al Sole per permettere ai satelliti di puntare la sorgente. I radioastronomi hanno allora pensato di dare un occhio ai dati Fermi che, nel suo modo operativo scanning, copre tutto il cielo più volte al giorno e non è particolarmente disturbato dal sole. Con sorpresa, si sono accorti che l‘emissione gamma rivelata dal LAT, in corrispondenza della posizione della sorgente, si era moltiplicata di un fattore 5. Non si tratta di emissione pulsata, quindi non è il pulsar il diretto responsabile, piuttosto si sospetta che sia in corso qualche tipo di accelerazione di particelle forse collegata alla formazione del disco di accrescimento. In ottobre, quando Swift ha potuto puntare PSR J1023+0038, il flusso X era cresciuto di un fattore 20, a riprova che la sorgente era passata dalla fase radio (senza accrescimento) alla fase X con accrescimento.

E la prima volta che un oggetto di questo tipo viene rivelato come sorgente gamma variabile. Quanto durerà la fase di accrescimento? I dati gamma di Fermi aiuteranno a capire qualcosa di più della fisica della sorgente? Sicuramente PSR J1023+0038 si è guadagnata l’attenzione di una vasta comunità astronomica, che spazia dal radio, all’ottico, all’X e al gamma, e nulla di quello che farà passerà inosservato.

Fonte: Media INAF | Scritto da Patrizia Caraveo