Pulsar da record per LOFAR: caccia aperta alle superveloci col radio telescopio

SCOPERTE – Esistono nell’universo delle stelle che ruotano su sé stesse a velocità fortissime. Proprio come dei fari in mezzo al mare, lanciano lampi di luce nella direzione della Terra nel mezzo del cosmo, guidandoci alla loro scoperta e indirizzando gli scienziati verso la comprensione del comportamento della materia ad altissima densità. Queste stelle sono le pulsar, delle stelle di neutroni grandi appena come una città, ma che contengono una massa superiore a quella del Sole, concentrata dunque in uno spazio limitatissimo. Si tratta di oggetti stellari che ruotano centinaia di volte per secondo e ora grazie al radio telescopio a bassa frequenza LOFAR, situato in Olanda, è stato possibile per la prima volta osservare la pulsar più veloce della nostra galassia Via Lattea e la seconda più veloce mai scoperta nell’universo.

Tutto ha avuto inizio quando il telescopio spaziale Fermi Gamma-ray della NASA ha scovato due pulsar osservando una sorgente a raggi gamma sconosciuta: PSR J1552+5437, che ha una rotazione di 412 volte al secondo, e PSR J0952-0607, che ruota 707 volte per secondo. Due pulsar dette “millisecondo” per via dell’ordine di grandezza di tempo in cui emettono i loro lampi verso di noi. Ad attirare in particolare l’attenzione degli astronomi guidati da Cees Bassa, dell’istituto olandese di radioastronomia ASTRON, è stata la seconda e più veloce. La stella che si trova ad una distanza tra i 3.200 e i 5.700 anni luce da noi, in direzione della costellazione del Sestante, ha una massa pari a 1.4 volte la massa del Sole e compie un’orbita completa ogni 6.4 ore attorno a una stella compagna.

Riuscire a osservare questa pulsar da record, però, non è stato facile, come spiegano gli autori dello studio pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters. Questo tipo di stelle rotanti, infatti, emette la massima luminosità a basse frequenze delle onde radio, mentre si “spengono” lentamente via via che le si osserva ad alte frequenze radio, quelle cioè a cui lavorano normalmente i radio telescopi in funzione. L’innovazione di LOFAR è proprio quella di aver permesso agli astronomi di studiare le frequenze radio più basse e di svelare un mondo sconosciuto, come spiega Bassa:

“Scoprire pulsar con LOFAR è un lavoro molto duro perché il gas e la polvere tra le stelle interferiscono con le onde radio a bassa frequenza. Per questo motivo, generalmente, gli astronomi vanno a caccia di pulsar concentrandosi sulle alte frequenze radio, ma il nostro team ha sviluppato una nuova tecnica di elaborazione che usa schede grafiche, progettate in origine per il gaming, nel grande gruppo di computer DRAGNET di Groningen per processare i dati raccolti dal telescopio radio”.

Il primo ad aver applicato la nuova tecnica di elaborazione in collaborazione con Bassa e il co-autore dello studio Jason Hessels è stato Ziggy Pleunis, dottorando alla McGill University di Montreal, che nel 2016 ha scoperto la pulsar PSR J1552+5437, la prima con un periodo di 2.43 millisecondi osservata da LOFAR. Lo studio pilota di Pleunis ha permesso così di arrivare all’osservazione di questi oggetti, che sono noti per emettere sia radiazioni gamma ad alta energia, sia onde radio, tanto da far pensare possa esistere un meccanismo comune di produzione per entrambi i tipi di radiazione.

Spronati dal successo dell’indagine pilota, Bassa, Hessels e Pleunis hanno continuato la loro caccia alle pulsar millisecondo con LOFAR, scoprendo così la stella da record nella Via Lattea. Solo una pulsar, tra quelle conosciute fino ad oggi e che si trova in un ammasso di stelle subito fuori dal disco galattico, la batte: si tratta di PSR J1748-2446ad, che ruota 716 volte per secondo.

La pulsar PSR J0952-0607 ha rappresentato per gli scienziati un’occasione unica di studiare un oggetto così veloce, data la sua vicinanza. Osservandola nel dettaglio con il telescopio Isaac Newton che si trova nell’isola di La Palma, in Spagna, i ricercatori hanno scoperto che la stella fa parte di un sistema binario e di misurarne la distanza e l’energia. Inoltre è stato possibile scoprire come questi fari stellari diventino via via meno luminosi se osservati ad alte frequenze radio, una indicazione importante per le future ricerche.

LOFAR, che indaga il cielo nelle sue più basse frequenze, rappresenta così per gli scienziati che vogliono svelare la struttura interna delle stelle di neutroni un’occasione unica: quella di dare la caccia ad una intera popolazione di pulsar millisecondo ancora sconosciute e che potrebbero “abitare” già la nostra galassia e che noi, fino ad oggi, non siamo stati in grado di vedere.

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