Una pulsar è un tipo di stella di neutroni che gira rapidamente, il nucleo schiacciato, grande come una città, di una stella che esplose come supernova. Una giovane stella di neutroni isolata può girare dozzine di volte al secondo, e il suo vorticoso campo magnetico alimenta fasci di onde radio, luce visibile, raggi X e raggi gamma. Se questi raggi attraversano la Terra, gli astronomi osservano impulsi di emissione simili a clock e classificano l’oggetto come una pulsar.
“Su oltre 2.800 pulsar catalogate, la pulsar crab è una delle poche che emettono impulsi radio giganti, che si verificano sporadicamente e possono essere da centinaia a migliaia di volte più luminosi degli impulsi regolari”, ha detto lo scienziato capo Teruaki Enoto presso il RIKEN Cluster for Pioneering Research di Wako, prefettura di Saitama, Giappone. “Dopo decenni di osservazioni, solo il Granchio ha dimostrato di migliorare i suoi impulsi radio giganti con l’emissione da altre parti dello spettro.”
Il nuovo studio, che comparirà nell’edizione del 9 aprile di Science ed è ora disponibile online,ha analizzato la maggior quantità di dati simultanei a raggi X e radio mai raccolti da una pulsar. Estende la gamma di energia osservata associata a questo fenomeno di miglioramento di migliaia di volte.
Situata a circa 6.500 anni luce di distanza nella costellazione del Toro, la Nebulosa del Granchio e la sua pulsar si formarono in una supernova la cui luce raggiunse la Terra nel luglio 1054. La stella di neutroni gira 30 volte al secondo, e alle lunghezze d’onda radio e a raggi X è tra le pulsar più luminose del cielo.
Tra agosto 2017 e agosto 2019, Enoto e i suoi colleghi hanno usato NICER per osservare ripetutamente la pulsar crab nei raggi X con energie fino a 10.000 volt elettronici, o migliaia di volte quella della luce visibile. Mentre NICER stava guardando, il team ha anche studiato l’oggetto utilizzando almeno uno dei due radiotelescopi terrestri in Giappone : il piatto di 34 metri al Kashima Space Technology Center e il piatto di 64 metri presso l’Usuda Deep Space Centerdella Japan Aerospace Exploration Agency, entrambi operanti a una frequenza di 2 gigahertz.
NICER X-ray profile for the Crab pulsar
Tra il 2017 e il 2019, neutron star nasa Interior Composition Explorer (NICER) e radiotelescopi in Giappone hanno studiato la pulsar Crab allo stesso tempo. In questa visualizzazione, che rappresenta solo 13 minuti di osservazioni NICER, vengono tracciati milioni di raggi X rispetto alla fase rotazionale della pulsar, che è centrata sull’emissione radio più forte. Per maggiore chiarezza, vengono visualizzate due rotazioni complete. Mentre i fasci di pulsar attraversano la nostra linea di vista, producono due picchi per ogni rotazione, con quello più luminoso associato a un maggior numero di impulsi radio giganti. Per la prima volta, i dati NICER mostrano un leggero aumento delle emissioni di raggi X associate a questi eventi.
Credits: Goddard Space Flight Center/Enoto et al.
Il set di dati combinato ha effettivamente dato ai ricercatori quasi un giorno e mezzo di copertura simultanea a raggi X e radio. Tutto sommato, hanno catturato l’attività attraverso 3,7 milioni di rotazioni di pulsar e hanno netted circa 26.000 impulsi radio giganti.
Impulsi giganti eruttano rapidamente, spiking in milionetti di secondo, e si verificano in modo imprevedibile. Tuttavia, quando si verificano, coincidono con le normali pulsazioni dell’orologio.
NICER registra l’orario di arrivo di ogni radiografia che rileva entro 100 nanosecondi, ma la precisione di temporizzazione del telescopio non è il suo unico vantaggio per questo studio.
“La capacità di NICER di osservare sorgenti luminose di raggi X è quasi quattro volte superiore alla luminosità combinata sia della pulsar che della sua nebulosa”, ha dichiarato Zaven Arzoumanian, responsabile scientifico del progetto presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “Quindi queste osservazioni non sono state in gran parte influenzate dall’accumulo – dove un rivelatore conta due o più raggi X come un singolo evento – e da altri problemi che hanno complicato le analisi precedenti. “
Il team di Enoto ha combinato tutti i dati dei raggi X che hanno coinciso con impulsi radio giganti, rivelando un aumento dei raggi X di circa il 4% che si è verificato in sincronia con loro. È notevolmente simile all’aumento del 3% della luce visibile associato anche al fenomeno, scoperto nel 2003. Rispetto alla differenza di luminosità tra gli impulsi regolari e giganti del Granchio, questi cambiamenti sono notevolmente piccoli e forniscono una sfida per i modelli teorici da spiegare.
I miglioramenti suggeriscono che gli impulsi giganti sono una manifestazione dei processi sottostanti che producono emissioni che coprono lo spettro elettromagnetico, dalla radio ai raggi X. E poiché i raggi X impacchetto milioni di volte il pugno delle onde radio, anche un modesto aumento rappresenta un grande contributo energetico. I ricercatori concludono che l’energia totale emessa associata a un impulso gigante è da decine a centinaia di volte superiore a quanto stimato in precedenza solo dai dati radio e ottici.
“Ancora non capiamo come o dove le pulsar producano la loro emissione complessa e ad ampio raggio, ed è gratificante aver contribuito con un altro pezzo al puzzle multiwavelength di questi affascinanti oggetti”, ha detto Enoto.
NICER è una missione di opportunità di astrofisica all’interno del programma Explorers della NASA, che offre frequenti opportunità di volo per indagini scientifiche di livello mondiale dallo spazio utilizzando approcci di gestione innovativi, semplificati ed efficienti all’interno delle aree scientifiche di eliofisica e astrofisica. Lo Space Technology Mission Directorate della NASA supporta la componente SEXTANT della missione, dimostrando la navigazione spaziale basata sulla pulsar.
Stendardo: La Nebulosa del Granchio, la nube di detriti in espansione di sei anni luce di un’esplosione di supernova, ospita una stella di neutroni che gira 30 volte al secondo che è tra le pulsar più luminose del cielo ai raggi X e alle lunghezze d’onda radio. Questo composito delle immagini del telescopio spaziale Hubble rivela diversi gas espulsi nell’esplosione: il blu rivela ossigeno neutro, il verde mostra zolfo ionizzato singolarmente e il rosso indica ossigeno doppiamente ionizzato.
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