Gli impulsi radio giganti della Nebulosa del Granchio

Dopo due anni di osservazioni simultanee della Crab Nebula nei raggi X dallo spazio e in banda radio da terra e altrettanti di studio, un team di ricercatori ha evidenziato per la prima volta un eccesso di luminosità X che accompagna i lampi radio della pulsar al centro della Crab durante i cosiddetti impulsi radio giganti.
di Rossella Spiga
www.media.inaf.it

La Nebulosa del Granchio – o Crab Nebula – torna a far parlare di sé. Una collaborazione scientifica internazionale l’ha osservatoa simultaneamente nei raggi X e nel radio, e ha riscontrato un eccesso di luminosità X che accompagna i lampi radio della pulsar al centro della Crab durante i cosiddetti impulsi radio giganti (giant radio pulses). Le osservazioni sono state effettuate tra il 2017 e il 2019 con il telescopio della Nasa Nicer (Neutron star Interior Composition Explorer) a bordo della Stazione spaziale internazionale e alcuni radiotelescopi giapponesi da terra. I risultati dello studio sono stati pubblicati la scorsa settimana su Science.

Le pulsar sono stelle di neutroni magnetizzate in rapida rotazione che vengono osservate come una sequenza regolare di impulsi radio. La maggior parte degli impulsi ha un’intensità costante, ma qualche volta si osserva un eccesso di luminosità. La causa di questi imprevedibili impulsi radio “giganti” è tuttora sconosciuta. Si tratta di flash sporadici della durata di pochi microsecondi, anche migliaia di volte più luminosi degli impulsi regolari provenienti solitamente da queste sorgenti. 

Grazie allo studio guidato da Teruaki Enoto del Riken Cluster for Pioneering Research, in Giappone, è stato evidenziato un picco nell’emissione di raggi X pari a circa il 4 per cento in concomitanza degli impulsi radio giganti. Il nuovo studio ha analizzato la più grande quantità di dati simultanei nei raggi X e radio mai raccolti per una pulsar, ed estende la gamma di energia osservata associata a questo tipo fenomeno di migliaia di volte.

«Su oltre 2800 pulsar catalogate, la pulsar Crab è una fra le poche che emette impulsi radio giganti, i quali si verificano sporadicamente e possono essere da centinaia a migliaia di volte più luminosi degli impulsi regolari», spiega Enoto. «Dopo decenni di osservazioni, la Crab è l’unica pulsar che ha mostrato nei suoi impulsi radio picchi di emissione in altre regioni dello spettro».

Tra l’agosto 2017 e l’agosto 2019, Enoto e i suoi colleghi hanno utilizzato il telescopio Nicer per osservare ripetutamente la pulsar del Granchio nei raggi X con energie fino a 10mila elettronvolt, ovvero migliaia di volte superiori a quelle della luce visibile. Nel frattempo, lo stesso team di ricercatori ha monitorato l’oggetto da terra con almeno uno di due radiotelescopi in Giappone: la parabola da 34 metri al Kashima Space Technology Center e la parabola da 64 metri dell’agenzia spaziale giapponese installata presso l’Usuda Deep Space Center. Il set combinato di dati ha fornito ai ricercatori l’equivalente di quasi un giorno e mezzo di osservazioni simultanee nei raggi X e nel radio. Può sembrare poco, ma si tratta dell’attività di 3,7 milioni di rotazioni della pulsar e circa 26mila impulsi radio giganti.

Gli impulsi giganti delle pulsar sono imprevedibili e rapidissimi, ma quando si verificano sono precisi come le lancette di un orologio. Nicer registra l’ora di arrivo di ogni raggio X con una precisione temporale inferiore a cento miliardesimi di secondo. Grazie a ciò, il team di ricercatori ha combinato tutti i dati in cui i raggi X coincidevano con gli impulsi radio giganti, evidenziando – come dicevamo – un aumento di circa il 4 per cento della luminosità in banda X verificatasi in sincronia con gli impulsi. Questo incremento di luminosità è molto simile all’aumento del 3 per cento della luce visibile associato allo stesso fenomeno, scoperto nel 2003. 

Profilo radiografico Nicer per la pulsar Crab – In questa visualizzazione, che rappresenta solo tredici minuti di osservazioni della Crab effettuate con Nicer, vengono tracciati milioni di raggi X relativi alla fase di rotazione della pulsar. Per chiarezza, vengono mostrate due rotazioni complete. Quando 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, questi dati mostrano un aumento dell’emissione di raggi X associata a questi eventi. Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA / Enoto et al. 2021

Questi eccessi di luce suggeriscono che gli impulsi giganti siano una manifestazione di processi sottostanti in grado di produrre emissioni che attraversano lo spettro elettromagnetico, dalla banda radio ai raggi X. La natura di questi processi fisici è tuttora ignota.

«Ancora non capiamo come o dove le pulsar producano questa complessa e intensa emissione, ma è una grande soddisfazione aver aggiunto un altro tassello al mosaico di questi affascinanti oggetti», ha concluso Enoto.

Leggi su Science l’articolo “Enhanced x-ray emission coinciding with giant radio pulses from the Crab Pulsar”, di T. Enoto, T. Terasawa, S. Kisaka, C. Hu, S. Guillot, N. Lewandowska, C. Malacaria, P.S. Ray, W.C.G. Ho, A.K. Harding, T. Okajima, Z. Arzoumanian, K.C. Gendreau, Z. Wadiasingh, C.B. Markwardt, Y. Soong, S. Kenyon, S. Bogdanov, W.A. Majid, T. Güver, G.K. Jaisawal, R. Foster, Y. Murata, H. Takeuchi, K. Takefuji, M. Sekido, Y. Yonekura, H. Misawa, F. Tsuchiya, T. Aoki, M. Tokumaru, M. Honma, O. Kameya, T. Oyama, K. Asano, S. Shibata e S. J. Tanaka