Crediti: X-ray: NASA/CXC/ISDC/L.Pavan et al, Radio: CSIRO/ATNF/ATCA Optical: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF. Immagine disponibile su Chandra web site: http://chandra.harvard.edu/photo/2014/igrj11014/
Una piccola stella densa e in rapido movimento, si allontana con una velocità superiore a quella del suono dalla sua regione di formazione, emettendo un potente getto di particelle. I risultati sono stati ottenuti da un gruppo internazionale di ricercatori, tra cui la maggior parte italiani che lavorano a Ginevra, in Svizzera.
L’oggetto in questione è una pulsar, ossia il nucleo compatto e rotante che rimane dopo che una stella massiccia collassa su se stessa ed esplode in supernova. I ricercatori hanno osservato quest’oggetto, denominato IGR J11014 – 6103, inizialmente scoperto dal satellite INTEGRAL dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), mentre si allontana dal resto di supernova, il materiale lasciato dalla gigantesca esplosione di supernova (come la nuvola di polvere che rimane dopo l’esplosione di un fuoco d’artificio).
La pulsar espelle durante la sua fuga uno spettacolare getto di materiale visibile in luce X e lungo ben 37 anni-luce: il getto in raggi X più lungo mai osservato nella nostra Galassia.
Oltre a questo, un’altra caratteristica della pulsar è la sua velocità stimata tra 4 milioni e 8 milioni di chilometri all’ora, che la rende una delle pulsar più veloci tra quelle note.
“Non avevamo mai osservato un oggetto che si muovesse così velocemente e che producesse anche un getto”, ha affermato Lucia Pavan dell’Università di Ginevra, Svizzera, primo autore dell’articolo recentemente pubblicato su questo risultato . “Per fare un confronto, questo getto è lungo quasi dieci volte la distanza tra il Sole e la nostra stella più vicina”.
Oltre alla sua lunghezza impressionante, il getto osservato nella pulsar IGR J11014 – 6103 ha altre caratteristiche spettacolari e interessanti. Ad esempio, il getto ha la forma di un’elica, come una sorta di cavatappi. Questo suggerisce che la pulsar stia oscillando come una trottola. Vi sono anche evidenze di un debole getto lanciato in direzione opposta.
Con un po’ di immaginazione questo getto sembra una ballerina con un boa di piume. Crediti: X-ray: NASA/CXC/ISDC/L.Pavan et al.
“IGR J11014-6103, che abbiamo soprannominato “nebulosa faro” per il suo aspetto in raggi X, ha attirato la mia attenzione per la sua emissione nell’intervallo dei raggi X molto energetici che vengono monitorati da INTEGRAL” afferma Lucia Pavan “ma solo quando ho trovato negli archivi del satellite XMM un’immagine che aveva catturato per caso la sorgente, mi sono davvero interessata a quest’oggetto: l’immagine in X mostrava una forma sorprendente, molto allungata, come una sorta di striscia nel cielo”.
“Con un gruppo di colleghi dell’Integral Science Data Center (ISDC) e dell’Institute of Astronomy and Astrophysics (IAAT) di Tübingen, Germania, abbiamo iniziato a lavorare su quest’oggetto. Quasi subito abbiamo sviluppato l’ipotesi che questa lunga striscia brillante in raggi X fosse il risultato di una pulsar, anche se ancora non sapevamo come potesse essere prodotta. Ci sono solo un paio di altre strisce simili prodotte da pulsar isolate, e non è ancora chiaro quale sia il meccanismo fisico alla base del fenomeno. Quest’oggetto era affascinante, ma con i dati a disposizione non eravamo in grado di testare le nostre ipotesi. Avevamo bisogno di saperne qualcosa di più, in tutte le possibili bande di energia. E’ lo stesso che facciamo tutti noi nella vita quotidiana per sondare un oggetto “sconosciuto” che ci troviamo di fronte: lo esploriamo con tutti i nostri sensi, osservandolo, toccandolo, ecc. Facciamo lo stesso in astrofisica, eccetto che i nostri “sensi” in questo caso sono tutte le diverse lunghezze d’onda della luce (o bande di energia)”.
“Abbiamo chiesto di fare una nuova osservazione in X con Chandra, per la sua tecnologia unica al mondo che ci permette di ottenere le immagini più nitide in assoluto in X, e in radio con l’Australia Telescope Compact Array (ATCA) formato da sei antenne che possono essere spostate su un binario di 6 chilometri.
Ero ad una conferenza a Parigi quando vari mesi dopo ho finalmente ricevuto i dati delle nostre osservazioni con Chandra. Anche la prima immagine grezza toglieva semplicemente il respiro. La striscia lineare mostrava molti più dettagli di quanto mi aspettassi. C’era un’altra striscia, molto più debole, in direzione opposta. La pulsar produceva anche una coda molto più corta, come una sorta di “cometa” luminosa in X e in onde radio, e diretta quasi perpendicolarmente alla striscia lunga. “
“Abbiamo iniziato a lavorare sui nuovi dati insieme ai colleghi dell’Università di Western Sydney e dell’INFN di Roma. Dimostrare la nostra idea è stato molto più difficile di quello che ci aspettavamo all’inizio, ma con tutti i dati che abbiamo raccolto nelle diverse lunghezze d’onda, alla fine siamo stati in grado di concludere che la piccola cometa è dovuta al “vento” prodotto dalla pulsar, quello che viene chiamato il “pulsar wind nebula”. La sua forma allungata è dovuta alla velocità della pulsar, nello stesso modo in cui gli aeroplani supersonici formano i coni di Mach. Abbiamo potuto confermare anche che la pulsar si è formata circa 15000 anni fa durante l’esplosione che ha lasciato i detriti visibili più a nord (quello che viene definito “resto di supernova”), come era stato suggerito da altri ricercatori con un’osservazione Chandra molto più breve.”
“La pulsar e il resto di supernova sono alla stessa distanza da noi (a circa 20 000 anni-luce) e la lunga scia in X prodotta dalla pulsar ha una lunghezza incredibile, di quasi 40 anni-luce! La pulsar sta viaggiando dall’istante dell’esplosione a una velocità di oltre 1 000 km/s.”
“L’ultimo -e fondamentale- aspetto, molto più difficile da risolvere, era capire se questa striscia così lunga ed energetica, fosse o meno un flusso di particelle emesso dalla pulsar stessa (quello che viene chiamato “getto”). Solo quando abbiamo creato un modello numerico per simulare i diversi aspetti di un getto osservato attraverso gli occhi del satellite Chandra, e lo abbiamo confrontato con i nostri dati, siamo stati finalmente in grado di dimostrare che questo è davvero il getto di una pulsar. Il secondo getto ci appare molto piu’ debole e corto per un effetto della relatività di Einstein. È come se la pulsar stesse correndo nello spazio interstellare a rotta di collo, con le sue braccia completamente aperte, lasciando una scia dietro di sé.”
“Avendo dimostrato che la scia è effettivamente il getto di una pulsar, abbiamo anche ottenuto l’informazione di come sia orientato l’asse di rotazione della pulsar (il getto giace sempre sull’asse di rotazione, altrimenti le particelle espulse non potrebbero formare una scia, ma piuttosto un disco). Questo a sua volta apre numerose questioni, ad esempio sul tipo di esplosione che ha formato la pulsar, che -contrariamente a quanto ci si aspettava- ha lanciato la pulsar in una direzione diversa da quella del suo asse di rotazione. Il resto di supernova non è completamente sferico, ma sembra piuttosto distorto da una sorta di “barra” orientata in una direzione simile ai getti della pulsar. Questo potrebbe suggerire che i getti abbiano avuto un ruolo importante durante l’esplosione, una questione che dovrà essere approfondita in futuro.
Un altro importante aspetto del getto è la sua forma ad elica, simile ad un cavatappi. L’interpretazione più immediata è che la pulsar stia “oscillando” (fenomeno chiamato precessione libera) e l’elica rispecchia le diverse direzioni di emissione delle particelle. Diverse altre pulsar sembrano oscillare in modo simile, come nel caso della pulsar Vela, ma questa ipotesi è ancora argomento di forte dibattito nella comunità astrofisica. Un’altra possibile ipotesi è che questi effetti siano dovuti invece a delle instabilità che si sviluppano lungo il getto”.
“Ci sarà ancora molto da scoprire e da capire su questo oggetto, e sulla formazione delle pulsar e dei getti in generale, fenomeni che sono molto comuni nella nostra Galassia e che qui, per la prima volta, possono essere studiati tutti insieme in un solo oggetto. Speriamo che i nuovi dati che stiamo aspettando da Chandra, un’osservazione molto più lunga -pari a circa tre giorni, e in diverse lunghezze d’onda, ad esempio nella banda ottica con il Very Large Telescope in Cile, ci aiuteranno a risolvere le questioni ancora aperte.”
Articolo:
L. Pavan, P. Bordas, G. Puehlhofer, M. D. Filipovic, A. De Horta, A. O’Brien, M. Balbo, R. Walter, E. Bozzo, C. Ferrigno, E. Crawford, L. Stella, The helical jet of IGR J11014-6103: echoes of a core-collapse supernova, arXiv:1309.6792, disponibile su: http://arxiv.org/abs/1309.6792
Un ringraziamento particolare va a Lucia Pavan per il lavoro che abbia fatto assieme nella stesura dell’articolo. Lucia, CONGRATULAZIONI! Un risultato che premia anni di lavoro!
Fonti:
Chandra X ray Observatory: Running at Breakneck Speed With Open Arms – http://chandra.harvard.edu/blog/node/485
Blog Chandra: Running At Breakneck Speed With Open Arms – di Lucia Pavan – http://chandra.harvard.edu/blog/node/485
Universe@CSIRO: Freaky pulsar flaunts its tail -http://csirouniverseblog.com/2014/02/19/freaky-pulsar-flaunts-its-tail/
Sabrina
