I telescopi Chandra e IXPE della NASA hanno unito le forze per catturare, anche grazie alle conoscenze degli scienziati italiani, i getti di materia ed antimateria di una giovane pulsar.
Circa 1.500 anni fa, una stella gigante della nostra galassia rimase senza combustibile nucleare da bruciare, collassò su se stessa ed originò un oggetto estremamente denso chiamato stella di neutroni rotanti o pulsar. Queste sorgenti con forti campi magnetici fungono da laboratori per la fisica, offrendo condizioni di alta energia non replicabili sulla Terra.
Le giovani pulsar possono creare getti di materia ed antimateria che si allontanano dai poli insieme ad un vento intenso formando una Pulsar Wind Nebula (PWN).
Nel 2001, l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA individuò per la prima volta la pulsar PSR B1509-58 e rivelò che la sua PWN, denominata MSH 15-52, assomiglia ad una mano umana.
Nel 2023, i dati di Chandra di MSH 15-52 sono stati combinati con le informazioni del più recente telescopio a raggi X della NASA, l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) per svelare le “ossa” del campo magnetico di questa struttura.
IXPE, lanciata il 9 dicembre 2021, ha 3 telescopi con rivelatori in grado di misurare la polarizzazione nei raggi X emessi da sorgenti astronomiche. Gli strumenti sono stati sviluppati da un team di scienziati dell’INFN e dell’INAF, con il finanziamento dell’Agenzia Spaziale Italiana, basandosi su una lunga esperienza maturata dai nostri ricercatori in questo tipo di dispositivi fin dagli anni ’70.
I campi magnetici sono l’agente legante che trasforma gli atomi interstellari in gas. La loro mappatura è resa possibile da un meccanismo di tracciamento foto-elettrone, ideato dagli italiani, capace di percepire la polarizzazione, ovvero l’orientamento del campo elettrico nell’onda elettromagnetica, dei singoli eventi di raggi X. Il risultato è un output a colori.
In occasione della festa di Halloween, la NASA ha pubblicato l’immagine con i dati a raggi X mostrati insieme a quelli ad infrarossi della Dark Energy Camera in Cile. Questo metodo permette agli astrofisici d’imparare come una pulsar inietti particelle nello spazio modellando il suo ambiente.
L’elaborazione richiama volutamente le immagini delle prime radiografie realizzate dallo scopritore dei raggi X, Wilhelm Röntgen, a sua moglie ed al collega Albert von Kölliker.
L’IXPE ha seguito lo sviluppo delle ossa cosmiche.
La pulsar si trova alla base del “palmo” della nebulosa. Una caratteristica particolarmente interessante di MSH 15-52 è un brillante getto di raggi X diretto dalla pulsar al “polso” nella parte inferiore dell’immagine. La polarizzazione all’inizio è bassa, probabilmente perché si tratta di una regione turbolenta con intricati campi magnetici associati alla generazione di particelle ad alta energia. Alla fine le linee sembrano raddrizzarsi e diventare molto più uniformi.
Nelle grandi regioni di MSH 15-52 la quantità di polarizzazione è notevolmente elevata, raggiungendo il livello massimo atteso dal lavoro teorico. Per raggiungere tale intensità, il campo magnetico dev’essere molto diritto, il che significa che c’è poca turbolenza.
Un articolo che descrive questi risultati, scritto da Roger Romani dell’Università di Stanford in California, è stato pubblicato su The Astrophysical Journal il 23 ottobre 2023. Il coautore Niccolò Di Lalla, anche lui di Stanford, ha dichiarato come queste osservazioni insegnino come le pulsar possano agire da acceleratori di particelle.
Buon Halloween dallo spazio!
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Immagini: raggi X: NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infrarossi: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Elaborazione delle immagini: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt
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