La prima pulsar visibile solo in raggi gamma individuata grazie alla potenza di calcolo di decine di migliaia di computer domestici, messi in rete da ogni parte del mondo grazie a un progetto di scienza condivisa, e alle accurate indagini di un team di ricercatori, tra cui alcuni dell’INAF, dell’INFN e dell’ASI coinvolti nella missione Fermi della NASA e nello studio dell’universo nelle onde radio.
Il progetto di calcolo distribuito Einstein@Home ha ottenuto l’ennesimo successo individuando due pulsar al millisecondo finora sconosciute, di cui una unica nel suo genere perché priva di emissioni radio. Einstein@Home è un’iniziativa di citizen science lanciata nel 2005 a cui partecipano decine di migliaia di volontari contribuendo con la potenza di calcolo dei loro computer, che viene sfruttata da un salvaschermo speciale attivato durante i periodi di inattività. Il progetto ha l’obiettivo di individuare deboli segnali astrofisici prodotti da stelle di neutroni in rapida rotazione grazie all’analisi dei dati del telescopio spaziale Fermi, il satellite della NASA dedicato allo studio della radiazione gamma di alta e altissima energia, a cui l’Italia collabora con L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Focalizzandosi sull’analisi di sorgenti non identificate con caratteristiche simili a quelle delle pulsar, questa rete di computer ha scoperto due nuove stelle di neutroni in rapida rotazione. Mentre finora tutte le altre pulsar al millisecondo – che cioè compiono un giro completo attorno al loro asse in un tempo compreso tra 1 e 10 millisecondi – erano state osservate anche con i radiotelescopi, una delle due individuate da Einstein@Home è la prima in assoluto scoperta grazie alla sua sola emissione pulsante nei raggi gamma e potrebbe essere la capostipite di centinaia di altri oggetti celesti dalle caratteristiche simili.
«Questo lavoro riporta la prima rivelazione di una pulsar al millisecondo tramite il solo utilizzo dei dati nei raggi gamma del satellite Fermi», spiega Filippo D’Ammando dell’INAF di Bologna nonché uno degli autori dello studio pubblicato su Science Advances e guidato dal Max Planck Institute for Gravitational Physics. «Finora le pulsar al millisecondo identificate dal satellite Fermi erano state trovate combinando i dati nei raggi gamma con le informazioni del periodo di pulsazione nelle onde radio. In questo caso questo tipo di pulsar è stato trovato analizzando direttamente il periodo di pulsazione nei raggi gamma».
Luminose e intermittenti come dei potenti fari cosmici puntati verso la Terra, le stelle di neutroni sono resti compatti derivati da potenti esplosioni di supernova e sono composte da materiali estremamente densi; misurano circa 20 chilometri e pesano più del nostro Sole. Grazie ai loro forti campi magnetici e alla loro rapida rotazione, emettono onde radio e raggi gamma. Quando questi fasci di radiazione incrociano la Terra durante la loro rotazione, la stella di neutroni diventa visibile come una sorgente radio o gamma pulsante.
La prima delle pulsar descritta nello studio è stata classificata come PSR J1035−6720 e ruota alla frequenza di 348 volte al secondo; la seconda si chiama PSR J1744−7619 e ruota 213 volte al secondo. Le caratteristiche di queste due stelle di neutroni sono state estratte dai dati di Fermi-LAT in combinazione con le osservazioni radio del Parkes Radio Telescope. Mentre la pulsar PSR J1035-6720 emette un insolitamente debole segnale radio, da PSR J1744-7619 non sono state rilevate emissioni radio. Questo la rende la prima pulsar millisecondo in “silenzio radio” mai avvistata.
Utilizzare la potenza di calcolo della rete Einstein@Home «potrebbe essere il primo passo per scoprire tramite i dati del satellite Fermi una popolazione di centinaia di pulsar al millisecondo nel centro della nostra galassia, dove le informazioni radio sono molto difficili da ottenere e che potrebbero spiegare l’eccesso di emissione gamma in questa zona della Via Lattea», aggiunge D’Ammando.
Patrizia Caraveo, dell’INAF di Milano anche lei tra gli autori dello studio, commenta: «Nessuno si aspettava che Fermi-LAT diventasse una straordinaria macchina per scoprire pulsar millisecondo. Prima la rilevazione delle pulsazioni gamma da pulsar già note in radio, poi la fantastica lista di nuove pulsar millisecondo scoperte andando a osservare le sorgenti Fermi non identificate (che poi si rivelano anche pulsare in gamma) e ora la capacità stupefacente del sistema di calcolo distribuito Einstein@Home di evidenziare la pulsazioni direttamente dai dati gamma. Il lavoro pubblicato su Science Advances è un altro passo in avanti, perché descrive il primo esempio di pulsar millisecondo radio quieta, una cugina molto più veloce della stella di neutroni Geminga. È un risultato che, onestamente, credevo impossibile perché richiede capacità di calcolo impensabili solo qualche anno fa. Annunciare la scoperta della prima pulsar senza emissione radio è un bel modo di festeggiare i 10 anni di Fermi».
Nel team hanno partecipato anche altri ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica: David Salvetti e Andrea De Luca (entrambi INAF– IASF Milano, come Patrizia Caraveo), Marcello Giroletti e Monica Orienti (entrambi INAF–IRA, come Filippo D’Ammando).
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances nell’articolo “Einstein@Home discovers a radio-quiet gamma-ray millisecond pulsar”, di Colin J. Clark (Albert-Einstein-Institut, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik) et al.
Credit foto in testata
Un pulsar in raggi è una stella di neutroni compatta che accelera le particelle cariche alle velocità relativistiche nel suo campo magnetico estremamente forte. Questo processo produce radiazioni gamma (in viola) al di sopra della superficie dei resti della supernova mentre le onde radio (in verde) vengono emesse sui poli magnetici sotto forma di cono. La rotazione sposta le emissione in direzione della Terra, rendendo la pulsar intermittente come un faro cosmico. Credit: NASA/Fermi/Cruz de Wilde
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