Una stella di neutroni poco magnetica

Sono piccole: il loro raggio tipico è dell’ordine dei 10 chilometri. Ma anche super dense: al loro interno c’è stipata tanta massa quanto una volta e mezza quella del nostro Sole. Ma la loro vera ‘specialità’ è il magnetismo: il campo che esse possiedono, in virtù anche delle proprietà estreme in cui si trova la materia che le compone, è elevatissimo: anche mille miliardi di volte superiore a quello della Terra. Di stelle di neutroni ne conosciamo ormai a migliaia e, grazie a strumenti sempre più sofisticati, come gli osservatori spaziali dedicati all’astrofisica delle alte energie, ne stiamo indagando sempre meglio le caratteristiche. Gli scienziati hanno scoperto recentemente che, tra le stelle di neutroni, ce ne sono alcune ‘super magnetiche’ (le cosiddette magnetar) e altre molto più deboli. In quest’ultimo gruppo, il primato va oggi alla sorgente denominata 4U 1822-371: un team di ricercatori guidato da Rosario Iaria del Dipartimento di Fisica e Chimica dell’Università di Palermo (e associato INAF), a cui ha partecipato Melania Del Santo dell’INAF, ha infatti misurato il suo campo magnetico, che risulta essere il più basso ottenuto con tecniche dirette per una stella di neutroni.
Ma come si fa a realizzare simili osservazioni di oggetti così piccoli e remoti? Studiando le proprietà della loro emissione di alta energia, alla ricerca delle cosiddette righe di ciclotrone. Infatti, se il campo magnetico del corpo celeste è sufficientemente intenso, l’energia cinetica degli elettroni, costretti a ruotare intorno alle linee di campo vicino alla superficie della stella di neutroni, risulta quantizzata, ovvero può possedere solo determinati valori. Questi ‘scalini’ energetici prendono il nome di Livelli di Landau. Dal punto di vista osservativo, gli spettri di sorgenti con grandi campi magnetici presentano delle caratteristiche righe in assorbimento la cui energia è proporzionale alla intensità’ del campo magnetico stesso. In questo modo, analizzando i dati raccolti dagli osservatori spaziali XMM-Newton e INTEGRAL dell’ESA, Chandra della NASA e Suzaku dell’Agenzia Spaziale giapponese JAXA, è stato misurato anche quello di 4U 1822-371, ed è la prima volta che ciò accade per una stella di neutroni che si trova in un sistema binario evoluto: ad accompagnarla c’è infatti una stella ordinaria con una massa pari a circa la metà del nostro Sole. La coppia celeste viene classificata come Low Mass X-ray Binary (LMXB).
La misura ha sorpreso i ricercatori poiché in sistemi di questo tipo la stella di neutroni è relativamente vecchia ed il suo campo magnetico è di norma decaduto al di sotto dell’intensità minima necessaria per produrre la quantizzazione dei livelli energetici. «In effetti si tratta di un sistema molto peculiare, in quanto mostra pulsazioni coerenti con un periodo di circa 0.59 secondi, un fatto quasi unico tra le LMXB » afferma Melania Del Santo, dell’INAF-IASF di Palermo. «C’eravamo già accorti che questa sorgente presentava di una strana caratteristica all’energia di 0.7 keV nello spettro prodotto con i dati di XMM» continua Rosario Iaria, primo autore dell’articolo in pubblicazione sulla rivista Astronomy&Astrophysics. «Solo quando abbiamo aggiunto anche i dati del satellite Suzaku ci è apparso chiaramente il profilo di una riga di ciclotrone».
Riga di ciclotrone che possiede la più bassa energia mai osservata per questo tipo di righe, una energia molto vicina al limite minimo per la formazione dei Livelli di Landau. Il campo magnetico che si ricava è quindi il più basso direttamente misurato finora per una stella di neutroni, e risulta pari a circa 90 miliardi di Gauss. Questa misura, insieme alla osservazione che la pulsar sta aumentando la sua velocità di rotazione, implica che la sorgente deve avere una luminosità intrinseca molto maggiore di quella effettivamente osservata (circa cento volte più bassa): «un fatto che non ci stupisce, perché si tratta di una sorgente ad eclisse, cioè con una inclinazione rispetto alla linea di vista di quasi 90 gradi», come afferma Tiziana Di Salvo, del Dipartimento di Fisica e Chimica dell’Università di Palermo, co-autrice dell’articolo e associata INAF. «Questa misura è in perfetto accordo con risultati precedenti, basati sulla forte espansione orbitale misurata per questo sistema, che indicano che il tasso di accrescimento sulla stella di neutroni deve essere dell’ordine del limite massimo di Eddington (ovvero la luminosità massima che un oggetto può avere prima che la pressione di radiazione diventi superiore alla gravità dell’oggetto stesso e si opponga all’accrescimento di materia, n.d.r.)», ribadisce Luciano Burderi, del Dipartimento di Fisica dell’Università di Cagliari, anch’egli nel team che ha condotto il lavoro.
di Marco Galliani (INAF)

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