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    Einstein@Home rivela la vera identità della misteriosa sorgente di raggi gamma

    Rappresentazione artistica del PSR J2039−5617 e del suo compagno. Il sistema binario è costituito da una stella di neutroni in rapida rotazione (a destra) e da una compagna stellare di circa un sesto della massa del nostro Sole (a sinistra). La stella viene deformata dalle forti forze di marea della stella di neutroni ed è riscaldata dalla radiazione gamma (magenta) delle stelle di neutroni. La temperatura superficiale modellata della stella è mostrata dal marrone (più freddo) al giallo (più caldo). La radiazione della stella di neutroni fa evaporare lentamente ma inesorabilmente la stella e crea nuvole di plasma nel sistema binario, che ostacolano l'osservazione a lunghezze d'onda radio. Credito:Knispel/Clark/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA GSFC

    Un team di ricerca internazionale che include membri dell'Istituto Max Planck per la fisica gravitazionale (Albert Einstein Institute; AEI) di Hannover ha dimostrato che una stella di neutroni in rapida rotazione si trova al centro di un oggetto celeste ora noto come PSR J2039-5617. Hanno usato nuovi metodi di analisi dei dati e l'enorme potenza di calcolo del progetto scientifico cittadino Einstein@Home per rintracciare le deboli pulsazioni dei raggi gamma della stella di neutroni nei dati del Fermi Space Telescope della NASA. I loro risultati mostrano che la pulsar è in orbita con una compagna stellare circa un sesto della massa del nostro Sole. La pulsar sta lentamente ma inesorabilmente evaporando questa stella. Il team ha anche scoperto che l'orbita del compagno varia leggermente e in modo imprevedibile nel tempo. Utilizzando il loro metodo di ricerca, si aspettano di trovare altri sistemi simili con Einstein@Home in futuro.

    "Si sospettava da anni che esistesse una pulsar, una stella di neutroni in rapida rotazione, al centro della sorgente che ora conosciamo come PSR J2039−5617, "dice Lars Nieder, un dottorato di ricerca studente presso il Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) di Hannover e coautore dello studio pubblicato oggi su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . "Ma è stato possibile sollevare il velo e scoprire le pulsazioni dei raggi gamma solo con la potenza di calcolo donata da decine di migliaia di volontari a Einstein@Home, " Aggiunge.

    L'oggetto celeste è noto dal 2014 come fonte di raggi X, raggi gamma, e luce. Tutte le prove ottenute finora indicavano una stella di neutroni in rapida rotazione in orbita con una stella leggera al centro della sorgente. Ma mancavano prove evidenti.

    Osservazioni di precisione con telescopi ottici

    Il primo passo per risolvere questo enigma sono state le nuove osservazioni della compagna stellare con i telescopi ottici. Hanno fornito una conoscenza precisa del sistema binario senza la quale una ricerca di pulsar a raggi gamma (anche con l'enorme potenza di calcolo di Einstein@Home) sarebbe irrealizzabile.

    La luminosità del sistema varia durante un periodo orbitale a seconda di quale lato della compagna della stella di neutroni è rivolto verso la Terra. "Per J2039-5617, ci sono due processi principali in atto, " spiega il dottor Colin Clark del Jodrell Bank Center for Astrophysics, autore principale dello studio ed ex dottorato di ricerca. studente presso AEI Hannover. "La pulsar riscalda un lato della compagna leggera, che appare più luminoso e più bluastro. Inoltre, la compagna è distorta dall'attrazione gravitazionale della pulsar causando la variazione delle dimensioni apparenti della stella lungo l'orbita." Queste osservazioni hanno permesso al team di ottenere la misurazione più precisa possibile del periodo orbitale di 5,5 ore della stella binaria, così come altre proprietà del sistema.

    Ricerca con l'aiuto di decine di migliaia di volontari

    Con queste informazioni e la precisa posizione del cielo dai dati di Gaia, il team ha utilizzato la potenza di calcolo aggregata del progetto di calcolo distribuito volontario Einstein@Home per una nuova ricerca di circa 11 anni di osservazioni d'archivio del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA. Migliorando i metodi precedenti che avevano sviluppato a questo scopo, hanno chiesto l'aiuto di decine di migliaia di volontari per cercare i dati di Fermi per le pulsazioni periodiche nei fotoni di raggi gamma registrati dal Large Area Telescope a bordo del telescopio spaziale. I volontari hanno donato a Einstein@Home i cicli di calcolo inattivi sulle CPU e sulle GPU dei loro computer.

    Questa ricerca ha richiesto di pettinare molto finemente i dati per non perdere nessun possibile segnale. La potenza di calcolo richiesta è enorme. La ricerca avrebbe richiesto 500 anni per essere completata su un singolo nucleo di computer. Utilizzando una parte delle risorse di Einstein@Home è stato fatto in 2 mesi.

    Con la potenza di calcolo donata dai volontari di Einstein@Home, il team ha scoperto le pulsazioni dei raggi gamma dalla stella di neutroni in rapida rotazione. Questa pulsar a raggi gamma, ora noto come J2039−5617, ruota circa 377 volte al secondo.

    Sorprendenti cambiamenti dell'orbita

    "Abbiamo scoperto che il periodo orbitale del compagno varia leggermente e imprevedibilmente nel corso degli 11 anni. Cambia solo fino a circa dieci millisecondi, ma poiché conosciamo il tempo di arrivo di ogni singolo fotone gamma dalla pulsar con precisione al microsecondo, anche questo poco è molto!" dice Nieder. Queste variazioni del periodo orbitale potrebbero essere collegate a piccoli cambiamenti nella forma del compagno causati dalla sua attività magnetica. Simile al nostro Sole, il compagno potrebbe attraversare cicli di attività. Il cambiamento campo magnetico interagisce con il plasma all'interno della stella e lo deforma Al variare della forma della stella cambia anche il suo campo gravitazionale, che a sua volta influenza l'orbita della pulsar. Questo potrebbe spiegare le variazioni del periodo orbitale osservate.

    Le pulsar "Spidery" consumano i loro compagni

    Mentre la leggera compagna stellare orbita attorno alla pulsar, la forte radiazione e il vento particellare della pulsar fanno evaporare la compagna. "Questo è il motivo per cui gli astronomi chiamano sistemi come questo 'redback' in riferimento ai ragni australiani le cui femmine consumano i maschi dopo l'accoppiamento, " spiega Nieder. Nel caso di J2039-5617 la materia asportata dalla stella forma nubi di particelle cariche nel sistema binario che assorbono le onde radio. Questo è uno dei motivi per cui le precedenti ricerche sull'emissione radio pulsante dalla stella di neutroni sono fallite. Con la precisa determinazione dell'orbita dai dati dei raggi gamma, è stato anche possibile rilevare le pulsazioni radio e questo sarà pubblicato in un articolo separato.

    "Conosciamo dozzine di sorgenti di raggi gamma simili trovate dal Fermi Space Telescope, per cui la vera identità è ancora poco chiara, " dice il Prof. Dr. Bruce Allen, direttore del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Hannover e direttore e fondatore di Einstein@Home. "Molte potrebbero essere pulsar nascoste in sistemi binari e continueremo a inseguirle con Einstein@Home, " Aggiunge.


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