La curiosità del mese a cura di Tomaso Belloni

Nel 1967, Jocelyn Bell (Fig. 1) e il suo relatore Antony Hewish scoprono la prima pulsar, che ruota su se stessa ogni 1.33 secondi, scoperta per cui Hewish ottiene il premio Nobel per la fisica e Bell no. Ben presto si capisce che si tratta di stelle di neutroni in rotazione.

Abbiamo già parlato in una curiosità (ottobre 2010 – https://bit.ly/3cYk2qi) di come alcune pulsar in sistemi binari vengano accelerate fino a ruotare centinaia di volte al secondo, le cosiddette pulsar al millisecondo (Fig. 2). Da poco è stata scoperta la numero 400 nella nostra galassia e la cosa ci offre l’occasione di riesaminare come ci siamo arrivati.

La scoperta di Bell e Hewish era stata casuale, quella delle pulsar al millisecondo lo è stata meno. C’era una sorgente radio, chiamata 4C21.53, che mostrava proprietà peculiari. Si sospettava si trattasse di un resto di supernova con una pulsar al suo interno, ma tutte le ricerche di pulsazioni erano risultate vane. Nel 1982 l’astronomo statunitense Don Backer ha iniziato una serie di osservazioni per cercare di scoprire una pulsazione anche rapida. Con il suo studente Shri Kulkarni si spinge fino alla ricerca di periodi molto brevi e scopre una pulsazione di 1.558 millisecondi, completamente inaspettata (Fig. 3). Sono quasi 642 rotazioni in un secondo, che per una stella di massa 1.4 volte quella del sole e del raggio di una decina di chilometri non è per niente male.

Anche per le stelle di neutroni, gli unici astronomici oggetti così densi da poter ruotare così velocemente senza essere distrutti dalla forza centrifuga, c’è un limite, che però si stima intorno alle 1500 rotazioni al secondo. Giusto per un confronto, il rotore di un elicottero ruota meno di dieci volte al secondo, il cestello di una lavatrice durante la centrifuga al massimo una ventina di volte al secondo. Il nome della pulsar è PSR B1937+21, dove PSR sta per pulsar, 1937+21 sono le coordinate approssimate nel cielo e B indica che le coordinate sono riferite alla posizione nel 1950. Questa indicazione è necessaria perché l’asse terrestre si sposta nel cielo descrivendo un periodo di circa 40mila anni e quindi la posizione apparente degli oggetti celesti cambia. Attualmente si usa la data standard dell’anno 2000, che si indica con la lettera J. La pulsar di Bell e Hewish si chiama PSR B1919+21 e come si capisce dalle coordinate non è molto lontana da PSR B1937+21. Ma sto divagando.

Come altre pulsar al millisecondo, PSR B1937+21 ha un periodo molto preciso. Come tipico delle pulsar, rallenta nel tempo a causa della perdita di energia dovuta all’emissione, ma in un milione di anni rallenta solo di una rotazione e mezza al secondo. Con una tale precisione è allo stesso livello degli orologi atomici più precisi.

Come si è detto, adesso ne conosciamo 400 (vedi Fig. 4 e 5) e il loro numero continua ad aumentare, come peraltro quello delle pulsar in generale, che è cresciuto esponenzialmente e in cinquant’anni ha superato le 2800 (nelle figure possiamo vedere le loro posizioni nel cielo e la distribuzione delle loro frequenze di rotazione). Sappiamo che sono arrivate a ruotare così velocemente grazie all’accelerazione fornita dalla materia strappata alla loro stella compagna, ne conosciamo diverse la cui compagna è a sua volta una stella di neutroni o, come nel caso della famosa pulsar doppia, un’altra pulsar. Le usiamo come laboratori per studiare la Relatività Generale e stiamo studiando la possibilità di servircene come fari interplanetari per la navigazione nel sistema solare. La più veloce ruota 716 volte al secondo (quella di Backer e Kulkarni è la quarta in classifica).

Più di un terzo delle pulsar al millisecondo che conosciamo sono membri di ammassi globulari. Gli ammassi globulari sono ammassi di stelle molto densi, di forma sferoidale, che possono contenere milioni di stelle. Il motivo per cui contengono tante pulsar rapide è dovuto alla alta densità di stelle, che favorisce incontri stellari e la formazione di sistemi binari molto “stretti.” Inoltre, potendo osservare milioni di stelle nella stessa direzione aiuta la ricerca. Nel solo ammasso chiamato Terzan 5 se ne conoscono 35.

La nostra galassia è popolata di questi resti stellari provenienti da esplosioni di supernova, alcuni dei quali “riportati alla vita” dall’accrescimento di materia da una compagna, una vera e propria rianimazione cosmica. Con ricerche mirate e radiotelescopi sempre più potenti stiamo accumulando un censimento di oggetti compatti che ci permettono di studiare sia problemi astrofisici sulla loro formazione che ottenere risposte a domande di fisica fondamentale, dalla struttura della materia neutronica alla Relatività Generale.

Per ora siamo a 400.