Un astrofisico professionista e un astronomo dilettante si sono uniti per rivelare dettagli sorprendenti su un insolito sistema binario di pulsar millisecondo (MSP) che comprende una delle pulsar più veloci della nostra Galassia e la sua unica stella compagna.

Le loro osservazioni, da pubblicare in Giornale Astrofisico in dicembre, sono i primi a identificare "punti stellari" sulla stella compagna di un MSP. Più, le osservazioni mostrano che il compagno ha un forte campo magnetico, e fornire indizi sul perché le pulsar in alcuni binari MSP si accendono e si spengono.

Giovanni Antoniadi, un Dunlap Fellow con il Dunlap Institute for Astronomy &Astrophysics, Università di Toronto, e André van Staden, un astronomo dilettante del Sud Africa, ha analizzato le osservazioni della luminosità della stella compagna fatte da van Staden in un periodo di 15 mesi, con il suo telescopio riflettore da 30 cm e la camera CCD nel suo osservatorio nel cortile di Western Cape. L'analisi ha rivelato un aumento e una diminuzione inaspettati della luminosità della stella.

In un tipico binario MSP, la gravità della pulsar distorce la forma della stella compagna, tirandolo a forma di lacrima. Mentre gira intorno alla pulsar, vediamo un ciclico salire e scendere nella luminosità del compagno. Il compagno è più luminoso in due punti della sua orbita, quando vediamo il suo ampio, profilo a lacrima; è più fioco a metà strada tra quei due punti, quando vediamo il suo più piccolo, profilo circolare. Naturalmente, la curva di luce che misura la luminosità sale e scende al passo con il periodo orbitale del compagno.

Ma le osservazioni di Antoniadis e van Staden hanno rivelato che la luminosità del compagno non era sincronizzata con il suo periodo orbitale di 15 ore; invece i picchi di luminosità della stella si verificano progressivamente più tardi rispetto alla posizione orbitale della compagna.

Antoniadis e van Staden hanno concluso che ciò è stato causato da "spot stellari", l'equivalente delle macchie solari del nostro Sole, e che le macchie abbassavano la luminosità della stella. Cosa c'è di più, le macchie erano molto più grandi rispetto al diametro della stella compagna rispetto alle macchie solari del nostro Sole.

Si sono anche resi conto che la stella compagna non è collegata alla pulsar in termini di marea, come la luna lo è alla Terra. Anziché, hanno concluso che il periodo di rotazione del compagno è leggermente più breve del suo periodo orbitale, con conseguente curva di luce inaspettata.

La presenza di macchie stellari ha anche portato i collaboratori a dedurre che la stella ha un forte campo magnetico, un prerequisito di tali spot.

Un astronomo non professionista dedicato per molti anni, van Staden ha un particolare interesse per le pulsar e nel 2014 si è imbattuto nel sito web di ricerca di Antoniadis che elencava i binari MSP con compagni ottici.

"Ho notato che il sistema binario MSP J1723-2837 è adatto per l'osservazione dal Sud Africa, "Van Staden dice, "e che una curva di luce non era ancora stata determinata per questo particolare sistema."

"Mi sono anche reso conto che le osservazioni erano scarse perché i professionisti non hanno il lusso di utilizzare strumenti professionali per osservazioni continue. D'altra parte, i non professionisti possono fare queste osservazioni a lungo termine."

"Il set di dati era diverso da qualsiasi cosa avessi mai visto, " dice Antoniadis ricevendo i dati di van Staden, "sia in termini di qualità che di tempo. E ho esortato André a continuare a osservare il più a lungo possibile".

Osservazioni come quelle di van Staden sono fondamentali per rispondere a domande sull'evoluzione e sulla complessa relazione tra la MSP e la sua compagna nelle binarie "vedova nera" e "redback", coppie di stelle in cui la pulsar, come il suo omonimo aracnide, divora il suo compagno.

In uno scenario tipico, una stella di neutroni appena formata si nutre di gas attratto gravitazionalmente dalla compagna. Man mano che la pulsar guadagna massa, guadagna anche momento angolare e gira più velocemente.

Infine, la stella di neutroni ruota centinaia di volte al secondo. A questo punto, entra nella fase successiva della sua evoluzione. La stella di neutroni inizia ad emettere fasci di radiazione intensa che vediamo come un segnale rapidamente pulsante:nasce una pulsar.

A questo punto, la pulsar inizia anche a emettere radiazioni gamma intense e un forte vento stellare che arresta il flusso di materiale dal suo vicino. Il compagno non viene più cannibalizzato dalla pulsar, ma ha solo scambiato i mezzi con cui viene consumato. Ora la radiazione e il vento della pulsar sono così intensi che iniziano a erodere la stella condannata.

Per quanto complessi siano questi sistemi binari MSP, sono solo diventati più perplessi negli ultimi anni con le osservazioni che le pulsar si spengono e tornano a uno stato in cui si stanno nutrendo di materiale dal loro compagno e che possono effettuare questa transizione più volte.

È stato suggerito che il vento stellare e la radiazione della pulsar potrebbero essere dietro la transizione. Ma un ulteriore risultato delle osservazioni di Antoniadis e van Staden è che il vento stellare della pulsar non sta influenzando la compagna.

Tipicamente, il forte vento stellare di una pulsar e l'intensa emissione di radiazioni creano un "punto caldo" sul lato pulsar della compagna. È come se la stella avesse un lato "diurno" e uno "notturno". Ma la presenza dell'hotspot non era rilevabile nei dati. Ciò potrebbe significare che il vento è completamente assente o soffia in una direzione diversa da quella verso la stella.

In entrambi i casi, questo suggerisce che il campo magnetico della compagna, e non il vento stellare e la radiazione della pulsar, potrebbe essere il meccanismo che spegne le pulsar.