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Dalle stelle alle pulsar: cosa rende così sorprendente la formazione delle pulsar millisecondo?
Le pulsar millisecondo (MSP) sono pulsar con un periodo di rotazione inferiore a circa 10 millisecondi. Questi oggetti sono stati rilevati nello spettro elettromagnetico nella radio, nei raggi X e nei raggi gamma. Gli scienziati ritengono che la formazione delle pulsar millisecondo sia legata al trasferimento di massa delle stelle compagne. Si ritiene generalmente che si tratti di vecchie stelle di neutroni in rapida rotazione che vengono "riciclate" o accelerate accumulando materiale dalla stella compagna in una stella binaria stretta. sistema. Pertanto, le pulsar millisecondo sono talvolta chiamate pulsar di riciclo.
L'origine delle pulsar millisecondo è legata ai sistemi stellari binari a raggi X di piccola massa, in cui i raggi X vengono emessi dal disco di accrescimento delle stelle di neutroni.
Secondo la ricerca attuale, il processo di formazione delle pulsar millisecondo potrebbe aver sperimentato almeno due diversi meccanismi evolutivi. Questi meccanismi potrebbero spiegare perché alcune giovani pulsar millisecondo hanno campi magnetici relativamente elevati, come PSR B1937+21. Secondo una ricerca di Bülent Kiziltan e S. E. Thorsett (UCSC), questa nuova scoperta implica che i modelli evolutivi tradizionali non sono sufficienti per spiegare lo sviluppo di tutte le pulsar millisecondo. In particolare, molte pulsar millisecondo sono concentrate in ammassi globulari, il che è coerente con l'ipotesi dell'accelerazione rotazionale della loro formazione, poiché l'elevata densità stellare di questi ammassi aumenta la possibilità della pulsar di catturare una grande stella compagna.
Si sa attualmente che circa 130 pulsar millisecondo si trovano in ammassi globulari, di cui 37 in Terzan 5, 22 in 47 Tucanae e 8 in M28 e M15 ciascuno.
Il limite della velocità di rotazione della pulsar
Nel 1982, PSR B1937+21 divenne la prima pulsar millisecondo scoperta. La sua velocità di rotazione è di circa 641 volte al secondo, ed è ancora la seconda pulsar millisecondo più veloce conosciuta. La pulsar rotante più veloce conosciuta nel 2023, PSR J1748-2446ad ruota a una velocità di 716 volte al secondo. I modelli esistenti sulla struttura e sull’evoluzione delle stelle di neutroni prevedono che se le pulsar raggiungono velocità di rotazione di circa 1.500 giri al minuto o superiori, potrebbero rompersi e, a velocità superiori a 1.000 giri al minuto, perderanno energia più velocemente di quanto assorbiranno la velocità di accelerazione del processo di integrazione .
Nel 2007, i dati del Rossi X-ray Timing Detector e della navicella spaziale INTEGRAL hanno scoperto una stella di neutroni denominata XTE J1739-285 con una velocità di rotazione di 1122 Hz. Tuttavia, questo risultato non è statisticamente significativo.
Influenzata dalla radiazione gravitazionale, la velocità di rotazione delle pulsar millisecondo può rallentare. Una delle pulsar a raggi X, IGR J00291+5934, con una velocità di rotazione di 599 giri al secondo, potrebbe diventare un ottimo candidato per rilevare le onde gravitazionali in futuro.
Rilevamento delle onde gravitazionali tramite pulsar
Le onde gravitazionali sono un'importante previsione della teoria generale della relatività di Einstein, originate dal movimento di una grande quantità di materia e dalle fluttuazioni nell'universo primordiale. Una pulsar è una stella di neutroni altamente magnetica e in rapida rotazione che di solito si forma dopo l'esplosione di una supernova. Grazie alla loro stabilità, le pulsar possono essere utilizzate per la rilevazione delle onde gravitazionali, un'idea proposta per la prima volta da Sazhin e Detweiler negli anni '70.
Le pulsar sono considerate orologi di riferimento che inviano segnali di temporizzazione a un'estremità, mentre l'osservatore è sulla Terra.
Quando le onde gravitazionali lo attraversano, causano disturbi nella metrica spazio-temporale locale, influenzando così la frequenza di rotazione osservata della pulsar. Nel 1983, Hellings e Downs estesero questo concetto proponendo che una rete completa di pulsar potesse rilevare un fondo di onde gravitazionali variabile nel tempo. All'inizio degli anni '80, con la scoperta delle prime pulsar millisecondo, Foster e Backer perfezionarono la sensibilità del rilevamento delle onde gravitazionali.
Negli anni successivi, con il progresso dei sistemi di acquisizione dati digitali e la scoperta di nuove pulsar millisecondo, la sensibilità del rilevamento delle onde gravitazionali ha continuato ad aumentare. Nel giugno 2023, NANOGrav ha pubblicato 15 anni di dati e ha fornito la prima prova di un fondo di onde gravitazionali. Le curve di Hellings-Downs di queste osservazioni sono una chiara indicazione della fonte delle onde gravitazionali.
La formazione delle pulsar millisecondo e la loro esplorazione dell'universo non solo rivela l'evoluzione dell'universo, ma ci costringe anche a pensare a quanti processi sconosciuti ci aspettano da esplorare e comprendere in questo vasto mare di stelle ?
