Le Pulsar

Le prime sorgenti di raggi gamma ad essere identificate appartengono alla classe delle pulsar. Le emissioni gamma delle pulsar Crab e Vela sono infatti riconoscibili gia' nelle osservazioni di SAS-2. Dopo le osservazioni di EGRET il numero di pulsar di cui e' nota con sicurezza un'emissione gamma e' salito a sette. Le pulsar sono stelle a neutroni, cioé lo stadio evolutivo finale di stelle con massa intermedia.
Una stella infatti rimane "in vita" finche rimangono attive nel suo interno le reazioni nucleari che costituiscono la fonte di energia della stella stessa. Il combustibile nucleare per tali reazioni e costituito dall'idrogeno prima e in seguito dagli elementi progressivamente piu' pesanti. Le stelle piu massiccie terminano questo processo quando il loro nucleo diviene costituito da elementi del gruppo del ferro, a questo punto infatti le uniche reazioni nucleari possibili sarebbero endotermiche.

Figure: Schematizzazione dei modelli "Polar Cap" e "Outer Gap".

La perdita dell'energia che garantiva l'equilibrio della stella causa un collasso gravitazionale del nucleo e l'esplosione degli strati piu esterni della stella, si ha cosi un'esplosione di supernova. Lo stato finale del nucleo stellare dipende dalla sua massa, se questa é minore di circa 1,3 masse solari si genera una nana bianca, se il nucleo é piu' massiccio di circa 2 masse solari si genera un buco nero, nei casi intermedi viene prodotta una stella a neutroni [Castellani & Giannone, 1981]. Le stelle a neutroni sono costituite da un gas degenere di neutroni, confinato in una regione di dimensioni estremamente compatte, il raggio e' infatti dell'ordine della decina di chilometri. Questo implica densita' enormi che possono arrivare fino a $10^{15} g/cm^3$. Poiche' durante il collasso il nucleo conserva il proprio momento angolare, mentre le dimensioni diminuiscono di molti ordini di grandezza, il periodo di rotazione di questi oggetti risulta compreso tra pochi secondi e i centesimi di secondo. Il collasso gravitazionale porta ad un aumento del campo magnetico della stella fino a oltre $10^{10} \; gauss$.
Nel 1968 si scopri' che questi oggetti possono emettere attraverso due fasci molto collimati diretti lungo l'asse magnetico che ruotano in modo solidale alla stella creando una caratteristica radiazione impulsata con periodo uguale al periodo di rotazione della stella, da cui il nome di pulsar. La maggior parte delle pulsar sono state scoperte attraverso osservazioni radio, ma sono state viste delle pulsar in tutte le bande eletromagnetiche. Si pensa che l'emissione gamma delle pulsar sia generata, per radiazione di sincrotrone, dalle particelle cariche del mezzo circostante, accellerate dai campi elettrici prodotti dalla rapida rotazione del campo magnetico stellare. Sono stati elaborati diversi modelli per spiegare come questo possa avvenire, tra cui i piú celebri sono i cosiddetti "polar cap" e "outer gap" che differiscono tra loro principalmente per la regione in cui secondo i due modelli si genererebbero i raggi gamma (fig ).

Figure: Confronto tra le emissioni delle 7 pulsar osservate da EGRET.