Le stelle di neutroni sono dei veri e propri laboratori cosmici per studiare condizioni fisiche estreme. Con una massa confrontabile a quella del Sole, contenuta in un raggio di circa 10 km, la densita’ nella regione centrale e’ superiore a quella di un nucleo atomico, mentre l’attrazione gravitazionale alla superficie e’ 100 miliardi di volte superiore a quella terrestre. La descrizione e la comprensione di questi oggetti cosi’ estremi richiede una fisica che non puo’ essere studiata nei laboratori terrestri.

La nostra visione delle stelle di neutroni isolate e’ radicalmente cambiata negli ultimi 20 anni. Osservazioni multilunghezze d’onda hanno svelato una grande varieta’ nelle proprieta’ iniziali delle stelle di neutroni e nella loro evoluzione temporale, come dimostrato dall’esistenza di diverse classi di oggetti: le pulsars rotation-powered, le magnetars, i central compact objects in resti di supernova, le dim isolated neutron stars.

La comprensione di queste classi e lo sviluppo di uno scenario evolutivo unificato sono gli obiettivi di lungo termine del nostro gruppo, che e’ attivo da oltre trenta anni nello studio di stelle di neutroni isolate utilizzando tutti i piu’ importanti telescopi spaziali nelle bande dei raggi X e gamma (XMM-Newton, Chandra, Swift, NuSTAR, NICER, AGILE, Fermi), completate da osservazioni ottiche con il telescopio spaziale Hubble e con i grandi telescopi terrestri di ESO.

(Immagine sinistra) Il campo della pulsar radio-quieta PSR J2055+2539 visto da Chandra (0.2-10 keV). Due strutture di emissione diffusa molto collimate, di natura sconosciuta, sono chiaramente visibili (Marelli et al. 2019). (Immagine destra) Osservazione di un burst nella banda dei raggi X duri con Swift/BAT da una direzione compatibile con l’oggetto compatto al centro del resto di supernova RCW103, noto per la sua periodicità’ di 6.67 ore. Il burst ha permesso di scoprire l’inizio di un nuovo outburst dalla sorgente, dimostrando che si tratta di una magnetar dalle caratteristiche uniche (Rea et al., 2016)

Il nostro lavoro si articola su diverse linee di ricerca:

Fisica delle magnetars, stelle di neutroni la cui emissione e’ alimentata dall’energia del proprio campo magnetico – si tratta dei campi magnetici piu’ intensi che possano essere studiati nell’universo locale. A partire dalla scoperta della classe delle Anomalous X-ray Pulsars, una delle due classi fenomenologiche di magnetars, il nostro gruppo si e’ sempre distinto nell’attivita’ di caratterizzazione di queste sorgenti. Usando osservazioni multilunghezze d’onda per caratterizzare le proprieta’ spettrali e la rotazione delle magnetars, e la loro evoluzione temporale, possiamo studiare la topologia e l’intensita’ del loro campo magnetico; le condizioni fisiche sulla superficie e nella magnetosfera; i meccanismi che scatenano i violenti outbursts di queste sorgenti e ne regolano l’evoluzione su lungo tempo scala; la presenza di magnetars in sistemi supposti avere proprietà’ differenti, con particolare attenzione alla classe dei cosiddetti central compact objects in resti di supernova.

Fisica delle pulsars rotation-powered, stelle di neutroni isolate la cui emissione e’ alimentata dall’energia rotazionale. Oltre 50 anni fa, la scoperta di questa classe di sorgenti rappresento’ la prima evidenza osservativa dell’esistenza delle stelle di neutroni; tuttavia, il meccanismo che ne alimenta l’emissione non e’ ancora stato capito. Il nostro gruppo, in particolare, si concentra su:

a) geometria di emissione nella banda dei raggi X. Identificare la regione emittente nella banda dei raggi X e come l’emissione sia collimata e’ un passo fondamentale per capire il meccanismo fisico che la regola. Unendo questa informazione con un’informazione analoga per la banda radio e per la banda dei raggi gamma si potrebbe riuscire a capire il ruolo (importante) della geomtria di vista nel determinare la fenomenologia di queste sorgenti, e a capire come l’emissione dipenda da proprieta’ fisiche della stella di neutroni come l’eta’, il tasso di perdita di energia rotazionale, l’intensita’ del campo magnetico e la sua inclinazione ripetto all’asse di rotazione.

b) proprieta’ dell’emissione nei raggi X delle pulsar vecchie. L’emissione nella banda dei raggi X evolve con l’eta’ delle pulsar. Per le pulsar vecchie (eta’ caratteristica di circa 1 milione di anni), l’evidenza di emissione termica da piccole regioni della superficie permette di studiare l’accelerazione di particelle nella magnetosfera in un regime prossimo alla “linea della morte”, un limite (dipendente dal periodo e dall’intensita’ del campo magnetico) superato il quale la pulsar cessa di emettere dalla magnetosfera.

c) proprieta’ dell’emissione X da pulsars mode-switching. Si tratta di pulsar che oscillano fra due (o piu’) stati (“modi”) caratterizzati da proprieta’ differenti nell’emissione radio. Sorprendentemente, si e’ scoperto di recente che anche le proprieta’ dell’emissione X di queste pulsar variano quando cambia il modo di emissione radio. Una descrizione realistica di questo comportamento e’ cruciale al fine di capire il meccanismo fisico che regola l’oscillazione fra i modi.

d) fisica delle pulsar wind nebulae (PWN), strutture di emissione diffusa alimentate dall’interazione del vento di una RPPSR con il mezzo interstellare. L’osservazione delle PWN permette di studiare la geometria di emissione e la composizione del vento della pulsar, la storia del vento emesso dalla pulsar, la densita’ e la composizione degli ejecta circostanti. Ci stiamo concentrando su alcuni casi peculiari, con una morfologia allungata, che non possono essere spiegati dal modello standard che prevede accelerazione delle particelle solo al termination shock del vento della pulsar.

e) proprieta’ emissione UVOIR delle pulsar. Il nostro gruppo e’ molto attivo nell’osservazione delle pulsar nel vicino ultravioletto (UV), ottico (O) e vicino infrarosso (IR), fin dai primi anni ’90, quando abbiamo iniziato il campo dell’astronomia ottica delle stelle di neutroni. I nostri studi spaziano dalla ricerca di nuove controparti di pulsar, allo studio delle proprieta’ UVOIR spettrali, temporali e polarimetriche (che forniscono informazioni molto importanti sulle condizioni fisiche della stella di neutroni, sia sulla superficie che nella magnetosfera), alla ricerca di sistemi binari con pulsar al millisecondo fra le sorgenti gamma non identificate.



Pagina gestita da Andrea De Luca Ultima modifica: 15-4-2019