Dopo più di due decenni di ricerca, un team internazionale guidato dal Max Planck Institute for Gravitational Physics dell’Albert Einstein Institute (AEI) di Hannover ha identificato la fonte di una misteriosa emissione di raggi gamma: si tratta di una stella di neutroni estremamente pesante con un compagno ultraleggero che le orbita attorno. Utilizzando nuovi metodi di analisi dei dati, applicati su circa 10.000 schede grafiche nell’ambito del progetto di calcolo distribuito Einstein@Home, il team ha identificato la stella di neutroni dai suoi raggi gamma, regolarmente pulsanti, partendo dalle informazioni raccolte dal satellite Fermi della Nasa. Sorprendentemente, la stella di neutroni è completamente invisibile nelle onde radio.
Il sistema stellare binario, ora noto come PSR J1653-0158, è stato definito dagli scienziati un sistema dei record: i due oggetti che lo compongono, un super-peso massimo al centro e un peso mosca che le ruota attorno, sono in rotazione molto stretta. La compagna – ciò che resta di una stella nana – compie un’orbita ogni 75 minuti, ruota quindi più rapidamente di tutti i sistemi binari comparabili conosciuti, percorrendo una distanza paragonabile a quella del sistema Terra-Luna.
La pulsar al centro ha una massa più che doppia di quella del Sole ma misura appena 20 chilometri, mentre la sua compagna ha circa sei volte la densità del piombo, ma solo l’1% circa della massa della nostra stella.
La stella di neutroni ruota anche attorno al proprio asse a più di 30.000 giri al minuto, ciò la rende una delle più veloci in rotazione. Allo stesso tempo, il suo campo magnetico, solitamente molto forte nelle stelle di neutroni, è eccezionalmente debole.
L’emissione gamma era stata osservata per la prima volta nel 1999, dieci anni dopo gli scienziati ipotizzavano che la sua fonte potesse essere una stella di neutroni ma i tentativi di individuarla erano stati vani.
Nel 2014, osservazioni in ottico e nei raggi X, mostravano chiaramente che si trattava di un sistema binario molto stretto.
Per provare in modo inequivocabile l’esistenza di una stella di neutroni è necessario rilevare non solo le sue onde radio o raggi gamma, ma anche le sue pulsazioni caratteristiche. La rotazione della stella di neutroni provoca un lampeggio regolare, simile allo scintillio periodico di un faro lontano. La stella di neutroni viene quindi chiamata pulsar radio o gamma.
Il team ha utilizzato i dati del 2014, ulteriori osservazioni con il telescopio William Herschel alla Palma e la posizione precisa del cielo determinata dal satellite Gaia, per indirizzare e focalizzare la potenza di calcolo del progetto Einstein@Home.
L’intero cielo nei raggi gamma visto dal telescopio spaziale Fermi e la nuova pulsar scoperta da Einstein@Home. Crediti Knispel/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
Decine di migliaia di volontari hanno cercato pulsazioni periodiche in circa un decennio di dati d’archivio dal Fermi LAT, strumento progettato e finanziato dall’Italia. Le osservazione raccolte sono state condivise e, in meno di due settimane, il team ha identificato la pulsar e la sua compagna: una scoperta che avrebbe richiesto secoli di tempo di elaborazione su un computer convenzionale.
Successivamente i ricercatori hanno cercato emissioni radio, senza però trovarne traccia. La PSR J1653-0158 diventa così la seconda pulsar in rapida rotazione da cui non si vedono onde radio. Due le possibili spiegazioni: o la pulsar non invia onde radio verso la Terra o, più probabilmente, una nuvola di plasma avvolge il sistema stellare binario così completamente che nessuna onda radio riesce a raggiungere la Terra.
«Nel catalogo delle sorgenti di raggi gamma trovate dal satellite Fermi, ce ne sono dozzine che potrebbe contenere pulsar binarie», afferma Bruce Allen, direttore del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Hannover e direttore e fondatore di Einstein@Home. «Finora però nessuno è stato in grado di rilevare la pulsazione caratteristica dei loro raggi gamma. Con Einstein@Home speriamo di fare proprio questo. Chissà quali altre sorprese ci aspettano».
Nell’immagine in apertura: Illustrazione del sistema stellare binario con la pulsar J1653-0158 (sotto) paragonato al sistema Terra-Luna (in alto). Tutti gli oggetti e le orbite sono mostrati in scala ad eccezione della pulsar, che è ingrandita 450 volte. Crediti: Knispel/Clark/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA