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Alla scoperta dei segreti delle pulsar millisecondi: perché ruotano così velocemente?
Le pulsar millisecondo (MSP) sono pulsar con un periodo di rotazione inferiore a dieci millisecondi. Queste stelle hanno attirato l'attenzione degli astronomi con la loro sorprendente velocità di rotazione. Vengono rilevati nelle porzioni dello spettro elettromagnetico radio, dei raggi X e dei raggi gamma. Si ipotizza che le pulsar millisecondo siano create accumulando materiale dalla stella compagna di una galassia binaria, facendo sì che queste vecchie stelle di neutroni ruotino più velocemente, e sono quindi talvolta chiamate pulsar di riciclo.
Le pulsar millisecondo sono considerate correlate alle galassie binarie a raggi X di piccola massa. La loro formazione ed evoluzione sono ancora argomenti importanti nella ricerca astronomica.
L'origine delle pulsar millisecondo
Le teorie attuali generalmente credono che le pulsar millisecondo siano legate alle galassie binarie a raggi X di piccola massa. Quando gli strati esterni delle stelle compagne in questi sistemi superano il limite di Loch, il materiale fluisce nel disco di accrescimento della stella di neutroni, che. provoca la rotazione della pulsar. La velocità aumenta fino a centinaia di giri al secondo. Potrebbero esserci prove che i modelli evolutivi standard non possano spiegare l’evoluzione di tutte le pulsar millisecondo, in particolare di alcune giovani pulsar millisecondo con campi magnetici più elevati.
Ad esempio, PSR B1937+21 è un caso speciale. La ricerca mostra che diverse pulsar millisecondo possono formarsi attraverso almeno due processi diversi, e la natura del secondo processo rimane un mistero. È ormai noto che negli ammassi globulari sono state trovate pulsar da 130 millisecondi, il che è coerente con l'ipotesi dell'accelerazione rotazionale del loro processo di formazione, perché una densità stellare così elevata aumenta la probabilità che le pulsar interagiscano con le stelle compagne giganti.
Il limite della velocità di rotazione della pulsar
Nel 1982 fu scoperta la prima pulsar millisecondo PSR B1937+21. La frequenza di rotazione della stella è di circa 641 giri al secondo. La pulsar più veloce scoperta finora è PSR J1748-2446ad, scoperta nel 2004 e ruota ad una frequenza di 716 rivoluzioni al secondo. Gli attuali modelli di struttura ed evoluzione delle stelle di neutroni prevedono che se la velocità di rotazione supera i 1.500 giri al secondo, la stella di neutroni si disgregherà e quando la velocità di rotazione supera i 1.000 giri al secondo, la sua perdita di energia supererà l'accelerazione del processo di accrescimento.
Sebbene candidati come XTE J1739-285 mostrino velocità di rotazione estremamente elevate, manca ancora un supporto statistico conclusivo.
Alcune osservazioni hanno sottolineato che è molto probabile che la velocità di rotazione dei quasar sia influenzata dalla radiazione gravitazionale. Ad esempio, IGR J00291+5934 gira a 599 giri al secondo ed è uno dei principali candidati per il futuro rilevamento delle onde gravitazionali. Grazie alle sue caratteristiche di temporizzazione ad alta precisione, le pulsar millisecondo possono essere utilizzate come uno strumento accurato per il rilevamento ambientale. Possono rilevare corpi celesti circostanti piccoli come asteroidi e determinarne le masse.
Rilevamento delle onde gravitazionali e tempistica delle pulsar
L'esistenza delle onde gravitazionali è un'importante previsione della teoria della relatività generale di Einstein. Queste onde hanno origine dal movimento su larga scala della materia, dalle fluttuazioni dell'universo primordiale e dalla dinamica dello spazio stesso. Essendo orologi estremamente precisi, le pulsar millisecondo hanno un ricco potenziale di applicazione nella meccanica celeste, nella sismologia delle stelle di neutroni e nell'astronomia galattica.
Le prime proposte per utilizzare le pulsar come rilevatori di onde gravitazionali, l'idea si è sviluppata grazie ai progressi tecnologici nei dispositivi.
Alla fine degli anni '70, Sazhin e Detweiler proposero l'idea di utilizzare le pulsar per il rilevamento delle onde gravitazionali immaginando un braccio spaziale tra la Terra e le pulsar distanti. Con la ricerca di Foster e Backer nel 1990, questo metodo è stato ulteriormente migliorato, soprattutto nell'applicazione di pulsar millisecondi ad alta stabilità.
Prospettive future
I piani futuri possono rilevare ulteriormente il fondo delle onde gravitazionali attraverso la precisa tecnologia di temporizzazione delle pulsar. Nel 2023, NANOGrav ha pubblicato 15 anni di risultati di dati, che inizialmente hanno mostrato l'esistenza del fondo delle onde gravitazionali e hanno misurato per la prima volta la curva di Hellings-Downs. Questo risultato fornisce una forte prova sperimentale per il rilevamento delle onde gravitazionali.
Lo studio delle pulsar millisecondo non solo arricchisce la nostra comprensione dell'universo, ma potrebbe anche svelare molti misteri irrisolti. Quindi, quali nuove scoperte ci porteranno questi corpi celesti misteriosi e in rapida rotazione?
