Pulsar

Una pulsar per Jocelyn Bell

Jocelyn Bell nel 1967. Crediti: By Roger W Haworth – Flickr, CC BY-SA 2.0

Jocelyn Bell, dottoranda all’Università di Cambridge nel 1967 con il porf. Antony Hewish, aiutò a costruire un grande radiotelescopio, lo Interplanetary Scintillation Array al Mullard Radio Astronomy Observatory di Cambridge, allo scopo di studiare i quasars, da poco scoperti.

Era compito proprio della Bell far funzionare il radiotelescopio e analizzare i dati scritti sugli oltre 120 metri di strisce di carta prodotte dal telescopio ogni quattro giorni.
Studiando con attenzione i dati ottenuti dal radiotelescopio, Jocelyn notò un segnale, simile a un’interferenza, ma troppo regolare e difficilmente spiegabile con disturbi radio casuali.

Il team di ricercatori assegnò il nome provvisorio LGM-1 al segnale, nella remota possibilità che provenisse da una civiltà extraterrestre (LMG = Little Green Men, omini verdi), ma dopo qualche mese comparvero altri segnali regolari in altre zone di cielo a dimostrazione dell’origine naturale del fenomeno. Jocelyn Bell aveva rivelato la prima pulsar!

Nonostante i suoi risultati, il Premio Nobel per la scoperta delle pulsar fu assegnato nel 1974 al prof. Hewish e al dr. Martin Ryle.

Schema di una pulsar. Le linee blu rappresentano il campo magnetico, le zone rosa sono le emissioni che provengono dai poli magnetici.

Anatomia di una pulsar

La pulsar, abbreviazione di pulsating radio star, è una stella di neutroni in rapida rotazione.

La pulsar sono stelle morte, che in origine erano molto più grandi del nostro Sole, tra 8 e 30 masse solari circa e hanno terminato la vita con un’esplosione di Supernova. Dopo l’esplosione al centro della stella rimane un un oggetto compatto, con una massa pari a quella del Sole ma densità enorme, poiché compressa in un raggio di una decina di chilometri.

La pulsar è dotata di un intenso campo magnetico in grado di focalizzare la radiazione in due direzione. L’emissione risulta quindi pulsata, come un faro la cui luce è intermittente.

Il campo magnetico di questi oggetti è duemila miliardi di volte quello terrestre, così intenso che le particelle accelerate lungo le linee del campo emettono radiazione elettromagnetica dalle onde radio a quelle ad alta energia, raggi X e Gamma.

Fari nel cosmo

Il segnale ricevuto da una pulsar è registrabile solo quando uno dei poli è rivolto verso la Terra

L’asse magnetico della pulsar non coincide con l’asse di rotazione, dunque la pulsar ruota su se stessa e il fascio di emissione ruota come un faro.

Quando il fascio è rivolto verso la Terra i radiotelescopi registrano un breve segnale, uno per ogni rotazione; la stella di neutroni ruota molto velocemente su se stessa in modo regolare e il segnale è quindi una pulsazione.

La rotazione può andare da qualche secondo fino ai millisecdondi: la pulsar più lenta conosciuta compie una rotazione in 11.8 secondi, la più veloce ruota su se stessa in 1.396 ms, ovvero compie 716 rotazioni al secondo!

La pulsar più famosa è quella associata alla Crab Nebula (Nebulosa del Granchio), un resto di esplosione di supernova. Fu osservata per la prima volta nel 1054 dai Cinesi ed è localizzata nella costellazione del Toro a circa 6000 anni luce dalla Terra.
Al suo interno si trova una pulsar, che ruota intorno al proprio asse circa 30 volte al secondo.
Genera un campo magnetico di enorme intensità, con elettroni che si muovono a una velocità prossima a quella della luce, emettendo nella spettro X. La Crab Nebula è osservabile in diverse bande dello spettro elettromagnetico.

Pulsar per ogni occasione

Le pulsar possono essere utili per molte ricerche: il segnale pulsato molto preciso – rallenta mediamente di un milionesimo di secondo all’anno – le rende “orologi ideali” per effettuare misurazioni astronomiche molto precise.

Una differenza nei tempi di arrivo del segnale, ad esempio, può rivelare un sistema binario in cui una pulsar ruota attorno ad un altro oggetto compatto, nana bianca, buco nero o un’altra stella di neutroni, di cui si può ricavare la massa.

Negli anni sono state scoperte molte pulsar binarie, sistemi composti da due pulsar che orbitano attorno ad un baricentro comune. Non sono stabili: le due pulsar prima o poi si fonderanno emettendo grandi quantità di radiazione elettromagnetica e di onde gravitazionali, come osservato il 17 agosto 2017 dagli astrofisici Andrea Possenti e Marta Burgay dell’Osservatorio Astrofisico di Cagliari. Nel punto di massimo avvicinamento – che si ripete ogni 4.4 ore – la pulsar e la sua compagna vengono a trovarsi così vicine che potrebbero stare comodamente all’interno del nostro Sole. Le accelerazioni posso attivare a 70 g, ossia settanta volte quella gravitazionale alla quale è soggetto un corpo in caduta libera qui sulla Terra.

Infini.to dedica una serata a Jocelyn Bell il 9 novembre, in un incontro al Piccolo Regio di Torino.