La Nebulosa Granchio, la nube di detriti in espansione di sei anni luce dall'esplosione di una supernova, ospita una stella di neutroni che ruota 30 volte al secondo che è tra le pulsar più luminose del cielo alle lunghezze d'onda dei raggi X e radio. Questo composto di immagini del telescopio spaziale Hubble rivela diversi gas espulsi nell'esplosione:il blu rivela ossigeno neutro, il verde mostra zolfo singolarmente ionizzato, e il rosso indica ossigeno doppiamente ionizzato. Credito:NASA, ESA, J. Hester e A. Loll (Università statale dell'Arizona)
Una collaborazione scientifica globale che utilizza i dati del telescopio della NASA Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) sulla Stazione Spaziale Internazionale ha scoperto picchi di raggi X che accompagnano i lampi radio dalla pulsar nella Nebulosa del Granchio. La scoperta mostra che queste esplosioni, chiamati impulsi radio giganti, rilasciare molta più energia di quanto si sospettasse in precedenza.
Una pulsar è un tipo di stella di neutroni in rapida rotazione, lo schiacciato, nucleo delle dimensioni di una città di una stella che è esplosa come una supernova. Un giovane, una stella di neutroni isolata può ruotare decine di volte al secondo, e il suo vorticoso campo magnetico alimenta fasci di onde radio, luce visibile, raggi X, e raggi gamma. Se questi raggi passano oltre la Terra, gli astronomi osservano impulsi di emissione simili a orologi e classificano l'oggetto come una pulsar.
"Su più di 2, 800 pulsar catalogate, la pulsar del granchio è una delle poche che emettono impulsi radio giganti, che si verificano sporadicamente e possono essere da centinaia a migliaia di volte più luminosi degli impulsi regolari, " ha detto il capo scienziato Teruaki Enoto al Cluster RIKEN per la ricerca pionieristica a Wako, Prefettura di Saitama, Giappone. "Dopo decenni di osservazioni, solo il Granchio ha dimostrato di potenziare i suoi giganteschi impulsi radio con l'emissione da altre parti dello spettro."
Il nuovo studio, che apparirà nell'edizione del 9 aprile di Scienza ed è ora disponibile online, ha analizzato la più grande quantità di dati radio e radiologici simultanei mai raccolti da una pulsar. Estende la gamma di energia osservata associata a questo fenomeno di miglioramento di migliaia di volte.
Tra il 2017 e il 2019, La stella di neutroni della NASA Interior Composition Explorer (NICER) e i radiotelescopi in Giappone hanno studiato contemporaneamente la pulsar del granchio. In questa visualizzazione, che rappresenta solo 13 minuti di osservazioni PI PIACEVOLI, milioni di raggi X sono tracciati rispetto alla fase di rotazione della pulsar, che è centrata sull'emissione radio più forte. Per chiarezza, vengono mostrate due rotazioni complete. Mentre i raggi della pulsar attraversano la nostra linea di vista, producono due picchi per ogni rotazione, con quello più luminoso associato a un numero maggiore di impulsi radio giganti. Per la prima volta, I dati PI PIACEVOLI mostrano un leggero aumento dell'emissione di raggi X associata a questi eventi. Credito:Goddard Space Flight Center/Enoto et al. 2021
Situato a circa 6, A 500 anni luce di distanza nella costellazione del Toro, la Nebulosa Granchio e la sua pulsar si sono formate in una supernova la cui luce ha raggiunto la Terra nel luglio 1054. La stella di neutroni ruota 30 volte al secondo, e alle lunghezze d'onda dei raggi X e radio è tra le pulsar più luminose del cielo.
Tra agosto 2017 e agosto 2019, Enoto e i suoi colleghi hanno usato NICER per osservare ripetutamente la pulsar del Granchio nei raggi X con energie fino a 10, 000 elettronvolt, o migliaia di volte quella della luce visibile. Mentre NICER stava guardando, il team ha anche studiato l'oggetto utilizzando almeno uno dei due radiotelescopi terrestri in Giappone:la parabola di 34 metri del Kashima Space Technology Center e quella di 64 metri dell'Usuda Deep Space Center della Japan Aerospace Exploration Agency, entrambi operanti ad una frequenza di 2 gigahertz.
ha combinato il set di dati in modo efficace per fornire ai ricercatori quasi un giorno e mezzo di copertura radio e raggi X simultanei. Tutto detto, hanno catturato l'attività attraverso 3,7 milioni di rotazioni di pulsar e ne hanno catturate circa 26, 000 impulsi radio giganti.
Impulsi giganti eruttano rapidamente, picchiettando in milionesimi di secondo, e si verificano in modo imprevedibile. Però, quando si verificano, coincidono con le normali pulsazioni dell'orologio.
NICER registra il tempo di arrivo di ogni raggio X che rileva entro 100 nanosecondi, ma la precisione temporale del telescopio non è l'unico vantaggio per questo studio.
"La capacità di NICER di osservare sorgenti luminose di raggi X è quasi quattro volte maggiore della luminosità combinata sia della pulsar che della sua nebulosa, " disse Zaven Arzoumanian, il responsabile scientifico del progetto presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Quindi queste osservazioni non sono state in gran parte influenzate dal pile-up, in cui un rilevatore conta due o più raggi X come un singolo evento, e da altri problemi che hanno complicato le analisi precedenti".
Il team di Enoto ha combinato tutti i dati dei raggi X che hanno coinciso con impulsi radio giganti, rivelando un aumento dei raggi X di circa il 4% che si è verificato in sincronia con loro. È notevolmente simile all'aumento del 3% della luce visibile anche associato al fenomeno, scoperto nel 2003. Rispetto alla differenza di luminosità tra gli impulsi regolari e giganti del Granchio, questi cambiamenti sono notevolmente piccoli e rappresentano una sfida da spiegare per i modelli teorici.
I miglioramenti suggeriscono che gli impulsi giganti sono una manifestazione di processi sottostanti che producono emissioni che abbracciano lo spettro elettromagnetico, dalla radio ai raggi X. E poiché i raggi X racchiudono milioni di volte la potenza delle onde radio, anche un modesto aumento rappresenta un grande contributo energetico. I ricercatori concludono che l'energia totale emessa associata a un impulso gigante è da decine a centinaia di volte superiore a quanto precedentemente stimato dai soli dati radio e ottici.
"Ancora non capiamo come o dove le pulsar producano la loro emissione complessa e ad ampio raggio, ed è gratificante aver contribuito con un altro tassello al puzzle a più lunghezze d'onda di questi affascinanti oggetti, " disse Enoto.
