Una pulsar superveloce con la coda


Gli astronomi hanno scoperto una pulsar che si sfreccia nello spazio a quasi 2,5 milioni di miglia all’ora – così veloce da poter percorrere la distanza tra la Terra e la Luna in soli 6 minuti. La scoperta è stata fatta usando il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA e il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) del National Science Foundation.

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Il resto della supernova CTB 1 assomiglia in questa immagine ad una bolla spettrale, che combina osservazioni di 1,5 gigahertz dal VLA (arancione, vicino al centro) con le vecchie osservazioni dal Dominion Radio Astrophysical Observatory’s Canadian Galactic Plane Survey (1,42 gigahertz, magenta e giallo; 408 megahertz, verde) e dati a infrarossi (blu). I dati VLA rivelano chiaramente la scia luminosa e diritta della pulsar J0002+6216 e il bordo curvo del guscio del residuo. CTB 1 è di circa mezzo grado di larghezza, la dimensione apparente di una Luna piena.

Le Pulsar sono stelle di neutroni che ruotano rapidamente e sono quel che rimane quando una stella massiccia esplode. Questa, soprannominata PSR J0002+6216 (J0002 in breve), ha una coda di emissione radio che punta direttamente verso i detriti in espansione di una recente esplosione di supernova.

“Grazie alla sua stretta coda a forma di freccia e ad un angolo di visione fortunato, possiamo rintracciare questa pulsar direttamente nel luogo di nascita”, ha detto Frank Schinzel, uno scienziato dell’Osservatorio Nazionale di Astronomia Radio (NRAO) di Socorro, New Mexico. “Un ulteriore studio di questo oggetto ci aiuterà a capire meglio come queste esplosioni sono in grado di fiondare le stelle di neutroni a così alta velocità”.

Schinzel, insieme ai suoi colleghi Matthew Kerr al Naval Research Laboratory degli Stati Uniti a Washington, e gli scienziati della NRAO Dale Frail, Urvashi Rau e Sanjay Bhatnagar hanno presentato la scoperta alla riunione della High Energy Astrophysics Division della American Astronomical Society a Monterey, California. Un documento che descrive i risultati del team è stato presentato per la pubblicazione in una futura edizione di The Astrophysical Journal Letters.

La Pulsar J0002 è stata scoperta nel 2017 dal progetto citizen-science project chiamato Einstein@Home, che utilizza il tempo sui computer dei volontari per elaborare i dati dei raggi gamma dell’osservatorio spaziale Fermi. Grazie al tempo di elaborazione informatica collettivamente superiore a 10.000 anni, il progetto ha identificato fino ad oggi 23 pulsar nei raggi gamma.

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CTB 1, visto qui in una profonda esposizione che evidenzia la luce visibile dall’idrogeno gassoso, è il relitto in espansione di una stella massiccia che è esplosa circa 10.000 anni fa.

Situata a circa 6.500 anni luce nella costellazione di Cassiopea, J0002 ruota 8,7 volte al secondo, producendo un impulso di raggi gamma ad ogni rotazione.

La pulsar si trova a circa 53 anni luce dal centro di un residuo di supernova chiamato CTB1. Il suo rapido movimento attraverso gas interstellare si traduce in onde d’urto che producono la coda di energia magnetica e particelle accelerate rilevate alle lunghezze d’onda radio utilizzando il VLA. La coda si estende per 13 anni luce e indica chiaramente il centro del CTB1.

Utilizzando i dati di Fermi e una tecnica chiamata pulsar timing, il team è stato in grado di misurare quanto velocemente e in quale direzione la pulsar si sta muovendo attraverso la nostra linea di mira.

“Più lungo è il set di dati, più potente è la tecnica di cronometraggio della pulsar”, ha detto Kerr. “Il set di dati decennale di Fermi è essenzialmente ciò che ha reso possibile questa misurazione”.

Il risultato conferma l’idea che la pulsar è stata spinta ad alta velocità dalla supernova responsabile della CTB1, avvenuta circa 10.000 anni fa.

J0002 è cinque volte più veloce della pulsar media e del 99% di quelle con velocità misurata. Alla fine sfuggirà all’attrazione della nostra galassia.

All’inizio, i detriti in espansione della supernova si sarebbero spostati verso l’esterno più velocemente di J0002, ma nel corso di migliaia di anni l’interazione del guscio con il gas interstellare ha prodotto una resistenza che ha gradualmente rallentato questo movimento. 

Nel frattempo, la pulsar, comportandosi più come una palla di cannone, ha corso costantemente attraverso i resti della supernova, sfuggendogli circa 5.000 anni dopo l’esplosione.

Il modo esatto in cui la pulsar è stata accelerata a una velocità così elevata durante l’esplosione della supernova rimane poco chiaro, e ulteriori studi di J0002 aiuteranno a fare luce sul processo. Un possibile meccanismo comporta instabilità nella stella che collassa formando una regione di materia densa e lenta che sopravvive abbastanza a lungo da servire da “rimorchiatore gravitazionale”, accelerando la stella di neutroni nascente verso di essa.

Il team pianifica ulteriori osservazioni utilizzando il VLA, il Very Long Baseline Array (VLBA) della National Science Foundation e l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

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