Immagine airaggi X dellaPulsar delle VeleL'effetto faro nell'emissione di radiazione da parte di una pulsar
Unapulsar, nome che stava originariamente persorgente radio pulsante (dall'inglesepulsating star, sulla base dello stesso schema usato per la parolaquasar), è una delle possibili manifestazioni astronomiche dellestelle di neutroni. Nelle prime fasi della sua formazione, in cui ruota molto velocemente, la suaradiazione elettromagnetica in coni ristretti è osservata comeimpulsi emessi a intervalli estremamente regolari. Nel caso di pulsar ordinarie, la loro massa è comparabile a quella delSole, ma è compressa in un raggio di una decina di chilometri, quindi la lorodensità è enorme. Il fascio di onde radio emesso dalla stella è causato dall'azione combinata delcampo magnetico e dellarotazione.
Le pulsar si formano quando una stella esplode comesupernova II, mentre le sue regioni interne collassano in una stella di neutroni congelando e ingigantendo il campo magnetico originario. La velocità di rotazione alla superficie di una pulsar è variabile e dipende dal numero di rotazioni al secondo sul proprio asse e dal suo raggio. Nel caso di pulsar con emissioni a frequenze del chilohertz, la velocità superficiale può arrivare a essere una frazione significativa della velocità della luce, a velocità di70000km/s[1].
Il grafico originale su cuiJocelyn Bell riconobbe l'evidenza di una pulsar. Il grafico è esposto alla Cambridge University Library.
Le pulsar furono scoperte daJocelyn Bell sotto la direzione diAntony Hewish nel 1967, mentre stavano usando un primordialeradiotelescopio che all'epoca era costituito da un semplice campo di pali verticali collegati l'un l'altro da cavo conduttore, per studiare lascintillazione dellequasar. Trovarono invece un segnale molto regolare, consistente in un impulso di radiazione ogni pochi secondi. L'origine terrestre del segnale fu esclusa, perché il tempo che l'oggetto impiegava ad apparire era in sincronia con ilgiorno siderale invece che con ilgiorno solare e la potenza emessa era di ordini di grandezza superiore a quella producibile artificialmente. La scoperta fu resa nota con un articolo pubblicato daNature a febbraio 1968.[2] e premiata con unNobel nel 1974, che fu però assegnato al solo Hewish. Bell riceverà 44 anni dopo lo SpecialBreakthrough Prize con un premio in denaro di 3 milioni di dollari[3].
Il nome originale dell'oggetto fu "LGM" (Little Green Men,piccoli omini verdi) perché qualcuno scherzò sul fatto che, essendo così regolari, potessero essere segnali trasmessi da una qualche forma di vitaextraterrestre.[4][5] Dopo molte speculazioni, una spiegazione più prosaica fu trovata in unastella di neutroni, un oggetto fino ad allora solo ipotizzato, e oggi la prima pulsar scoperta è ufficialmente nota comePSR B1919+21.
Neglianni 1970-1980, fu scoperta una nuova categoria di pulsar: lepulsar superveloci, opulsar millisecondo che, come indica il loro nome, hanno un periodo di pochimillisecondi invece che di secondi o più e risultano essere molto antiche, frutto di un processo evolutivo lungo.
Nel 2003 viene individuata da un team di ricercatori internazionali tra cui gli italianiMarta Burgay,Andrea Possenti eNicolò D'Amico presso ilradiotelescopio diParkes, inAustralia, la prima "pulsar doppia" ovvero due stelle pulsar che orbitano una attorno all'altra, in unsistema binario. In quest'ultimo caso, la grandissima precisione degli impulsi ha permesso agli astronomi di calcolare la perdita di energiaorbitale del sistema, si pensa dovuta all'emissione dionde gravitazionali. L'esatto ammontare di questa perdita di energia è in buon accordo con le equazioni dellarelatività generale diEinstein.
Il modello di pulsar generalmente accettato, e raramente messo in discussione, è quello del rotatoreobliquo. Spiega le osservazioni con un fascio di radiazioni che punta nella nostra direzione una volta per ogni rotazione della stella di neutroni. L'origine del fascio rotante è legato al disallineamento tra l'asse di rotazione e l'asse delcampo magnetico della pulsar, analogamente a quanto si osserva sullaTerra. Il fascio è emesso dai poli magnetici della pulsar, che possono essere separati dai poli di rotazione di un angolo anche ampio. Questo angolo rende il comportamento dei fasci simile a quello di un faro. La sorgente di energia dei fasci è l'energia rotazionale della stella di neutroni, la quale rallenta lentamente la propria rotazione per alimentare i fasci. Le pulsar millisecondo sono state probabilmente accelerate dalmomento angolare posseduto da una materia esterna caduta su di esse, proveniente da una vicina stella compagna in unsistema binario mediante il meccanismo deltrasferimento di massa. Anche le pulsar millisecondo, però, rallentano costantemente la propria rotazione.
L'osservazione di eventualiglitch è di interesse per lo studio dello stato della materia nelle stelle di neutroni.[6] Un glitch è un improvviso aumento della velocità di rotazione (che viene osservato come un'improvvisa riduzione dell'intervallo tra gli impulsi). Per lungo tempo si è creduto che tali glitch derivassero da "stellemoti" dovuti ad aggiustamenti della crosta superficiale della stella di neutroni. Oggi esistono anche modelli alternativi, che spiegano i glitch come fenomeni legati alla presenza disuperconduttività all'interno della stella.[6] Una simile spiegazione in termini di superfluidità potrebbe anche spiegare un altro fenomeno legato alla rotazione delle pulsar, iltiming noise[7].
Nel 2003, le osservazioni della pulsar dellaNebulosa del Granchio ha rivelato "sotto-impulsi", sovrapposti al segnale principale, con una durata di pochinanosecondi. Si pensa che impulsi così stretti possano essere emessi da regioni della superficie della pulsar con un diametro massimo di 60 centimetri, rendendo queste regioni le più piccole strutture mai misurate all'esterno delsistema solare.
La scoperta delle pulsar ha confermato l'esistenza di stati della materia prima solo ipotizzati, come lastella di neutroni, e impossibili da riprodurre in laboratorio a causa delle alte energie necessarie, gravitazionali e no. Questo tipo di oggetti è l'unico in cui è possibile osservare il comportamento della materia a densitànucleari, anche se solo indirettamente.[6] Inoltre, le pulsar millisecondo hanno consentito un nuovo test della relatività generale in condizioni di forti campi gravitazionali.
Grazie alle pulsar, è stata possibile la scoperta delprimo pianeta extrasolare, e successivamente di altri dieci.
Sono in corso studi per verificare la fattibilità diutilizzare le pulsar millisecondo per determinare con precisione la posizione di un oggetto che si muove a migliaia di chilometri all'ora nello spazio profondo e utilizzarle in futuro per missioni spaziali robotiche.[8][9]
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