I misteri delle pulsar non finiscono mai

Le pulsar vengono individuate attraverso osservazioni radio e X. A causa della loro rapida rotazione, da Terra si vedono lampi di luce che sembrano pulsare varie volte in un secondo. Ce ne sarebbe abbastanza per far lavorare gli scienziati. Tuttavia, una nuova pulsar ha voluto aumentare il mistero: nel giro di pochi secondi diminuisce nettamente la sua emissione radio e automaticamente aumenta quella X. Una pulsazione nella pulsazione e del tutto sfasata… mamma mia!

La scoperta è stata fatta utilizzando tre telescopi, uno spaziale che guarda nell’X e due terrestri che osservano nel radio. La pulsar sotto analisi aveva già dato segni di “stranezza”. Essa emetteva nel radio secondo una legge già poco comprensibile: nel giro di poche ore sembrava girare uno speciale interruttore che l’accendeva e la spegneva. In altre parole, emetteva radiazioni prima deboli e poi forti (e viceversa) come se qualcuno alzasse o abbassasse il volume di una “radio”.

Il telescopio spaziale è stato utilizzato per controllare se lo stesso succedeva anche nei raggi X. La risposta è stata affermativa, ma non ha aiutato a risolvere il mistero. Anzi. Quando la “radio” era al massimo volume i raggi X sembravano scomparire e viceversa. No, questo, non se lo sarebbe aspettato nessuno. Era la prima volta che si notava un’emissione X variabile, ma che essa andasse in antitesi con quella radio sembrava quasi uno scherzo perfettamente prestabilito: la pulsar stava forse giocando a “scherzi a parte”? Esistevano due interruttori? Uno per i raggi X e uno per le onde radio? Ed erano anche perfettamente sincronizzati? O magari era lo stesso che aumentava un’emissione e diminuiva l’altra? Troppe domande per oggetti ancora avvolti nel mistero e che rappresentano una sfida continua date le caratteristiche al limite della materia compressa.

Nessuna teoria moderna sembra dare una risposta sensata. Al limite si sarebbe potuto accettare un andamento dei due segnali in perfetto accordo, ma non certo in opposizione continua. Peggio che nella campagna elettorale di questi giorni!

La pulsar si chiama PSR B0943+10 ed è studiata da più di dieci anni.  Il telescopio spaziale usato recentemente è  il XMM-Newton dell’ESA e i due radiotelescopi si trovano in India (GMRT) e in Olanda (LOFAR).

Fino alle ultimi osservazioni, vi era solo una discreta certezza sull’origine delle emissioni radio. Esse dovrebbero essere causate da elettroni, positroni e ioni ultra energetici che si muovono lungo le linee del campo magnetico della stella di neutroni.

Come queste particelle siano strappate dalla superficie stellare e accelerate fino a tale energia è, invece, molto meno chiaro. I luoghi più importanti da studiare per capire qualcosa di più sono sicuramente i poli magnetici, da cui nascono i fasci che trasportano queste particelle. Purtroppo, invece di risolvere qualcosa, il nuovo studio ha creato maggior scompiglio. E’ il bello dell’astrofisica, baby!

Tra le circa 2000 pulsar scoperte finora, un certo numero aveva mostrato caratteristiche riconducibili a emissioni che diminuivano d’intensità nel giro di pochi secondi per poi riprendere vigore, ore o minuti più tardi.

La B0943+10 è proprio una di queste. La meraviglia del fenomeno che avviene è sintetizzato in poche parole: “La pulsar sembra ricordare perfettamente l’intensità che aveva prima di affievolirsi, dato che torna proprio a quel valore”. Questo fatto implica che il processo sia qualcosa di veramente fondamentale nella vita di una pulsar. Se non si riesce a capire la ragione, lo studio di questi straordinari oggetti rimane sempre al suo ABC.

Gli studi più recenti avevano aperto uno spiraglio. Lo spostamento tra alta e bassa emissione appariva collegato alla dinamica della stella. In altre parole, la modulazione del segnale sembrava dipendere da un cambiamento del periodo di rotazione. Se questo aumentava la pulsar aumentava il volume e viceversa. La conclusione era estremamente importante: doveva esistere uno stretto collegamento tra la superficie stellare e la ben più grande magnetosfera, che si estende fino a 50 000 km dal nucleo degenere.

Recenti osservazioni sembravano suggerire che apparisse,  temporaneamente, una “macchia calda” vicino ai poli magnetici che comandasse in qualche modo l’interruttore che agiva sull’emissione radio. Tuttavia, avevano anche dimostrato che qualcosa doveva capitare a tutta la magnetosfera e non solo in prossimità dei poli. Per fare variare così drasticamente e rapidamente l’emissione radio era  necessario che l’intero ambiente della pulsar fosse capace di trasformarsi. La magnetosfera appariva come qualcosa di vivo.

Con queste premesse, dubbi e speranze è stata richiesto l’aiuto del telescopio capace di guardare nell’X. La pulsar prescelta era proprio un caso emblematico anche se particolarmente complicato.

Essa è un oggetto particolarmente vecchio (cinque miliardi di anni) e quindi freddo. E più facile che vi sia un’emissione X su pulsar giovani, ancora molto calde. In realtà, si conoscevano solo pochissimi casi di pulsar vecchie e ancora capaci di brillare nell’X. Queste emissioni dovrebbero provenire dai poli magnetici, dove vi è la massima accelerazione delle particelle intrappolate nel campo magnetico.

In particolare, il processo ipotizzato prima delle osservazioni era il seguente: le particelle accelerate si dirigono da un lato verso la magnetosfera, producendo emissioni radio, dall’altro verso la superficie della stella, creando macchie calde ed emissione di raggi X. Un bel modello, non c’è che dire! Tuttavia, esso comporta una conseguenza facilmente prevedibile: l’emissione radio deve andare a braccetto con quella X. Ci si aspettava solo la conferma, osservando la nuova pulsar in modo simultaneo, sia nell’X che nel radio.

E nell’X vi sono state proprio le variazioni che ci si aspettavano, ma … al contrario! Quando le onde radio hanno raggiunto il massimo gli X sono scesi al minimo e viceversa.  I dati mostrano anche un ulteriore “puzzle”: la sorgente pulsa negli X solo durante la sua fase più luminosa, che corrisponde alla fase “quieta” del radio. Durante questo periodo l’emissione X sembra essere la somma di due componenti: una pulsante e una persistente.  A questo punto, i modelli precedenti vanno proprio a farsi benedire…

Nella seconda metà del 2013, il gruppo di ricerca ripeterà la campagna osservativa sulla pulsar PSR B1822+09, che mostra le stesse proprietà nelle onde radio, ma con una geometria differente. Nel frattempo, si cercherà di costruire un nuovo modello che, temiamo, sarà nuovamente smentito dalle osservazioni…

Fin dalla loro comparsa le pulsar si sono divertite con gli astronomi. Ricordate la famosa LGM1, “piccoli omini verdi”? Chissà che cosa hanno ancora in serbo per gli scienziati…