LE PULSAR

Le Pulsar 

Una pulsar è una stella di neutroni rotante altamente magnetizzata che emette raggi di radiazione elettromagnetica dai suoi poli magnetici. Questa radiazione può essere osservata solo quando un raggio di emissione punta verso la Terra (proprio come il modo in cui un faro può essere visto solo quando la luce è puntata nella direzione di un osservatore). E' responsabile dell'aspetto pulsato dell'emissione. Le stelle di neutroni sono molto dense e hanno brevi periodi di rotazione regolari. Ciò produce un intervallo molto preciso tra gli impulsi che varia da millisecondi a secondi per una singola pulsar. Le pulsar sono osservate come candidati perfetti per la fonte di raggi cosmici ad altissima energia.
I periodi delle pulsar li rendono strumenti molto utili per gli astronomi. Le osservazioni di una pulsar in un sistema binario ( doppia stella) a stella di neutroni sono state utilizzate per confermare indirettamente l'esistenza della radiazione gravitazionale. I primi pianeti extrasolari furono scoperti attorno a una pulsar, PSR B1257 + 12. Alcuni tipi di pulsar superano gli orologi atomici nella loro precisione nel mantenere il tempo. 
 
 
La prima pulsar fu osservata il 28 novembre 1967 da Jocelyn Bell Burnell e Antony Hewish. Questi scienziati hanno osservato impulsi separati da 1,33 secondi originati dalla stessa posizione nel cielo e mantenuti al tempo siderale. Nel cercare spiegazioni per gli impulsi, il breve periodo degli impulsi ha eliminato la maggior parte delle fonti di radiazioni astrofisiche, come le stelle, e poiché gli impulsi seguivano il tempo siderale, non poteva essere un'interferenza di radiofrequenza prodotta dall'uomo.
Quando le osservazioni con un altro telescopio confermarono l'emissione, eliminarono qualsiasi tipo di effetto strumentale. A questo punto, Bell Burnell disse di se stessa e di Hewish che "non credevamo davvero di aver raccolto segnali da un'altra civiltà, ma ovviamente l'idea ci aveva attraversato la mente e non avevamo prove che si trattasse di un'emissione radio completamente naturale. È un problema interessante: se si pensa di aver rilevato la vita altrove nell'universo, come si possono annunciare i risultati in modo responsabile? Anche così, hanno soprannominato il segnale LGM-1, per" piccoli uomini verdi "(un piccolo soprannnome per gli esseri intelligenti di origine extraterrestre).
 
Fu solo quando una seconda sorgente pulsante fu scoperta in una parte diversa del cielo che l '"ipotesi LGM" fu completamente abbandonata.  La loro pulsar fu in seguito soprannominata CP 1919 ed è ora conosciuta da numerosi designatori tra cui PSR 1919 + 21 e PSR J1921 + 2153. Sebbene il CP 1919 emetta in lunghezze d'onda radio, è stato successivamente trovato che le pulsar emettono in lunghezze d'onda di luce visibile, raggi X e raggi gamma. 
 

Origine dello studio  

La parola "pulsar" è un derivato di "pulsante" e "quasar" e apparve per la prima volta nel 1968:
“Un tipo di stella completamente nuovo è venuto alla luce il 6 agosto dell'anno scorso e gli astronomi lo hanno chiamato LGM (Little Green Men osssia piccoli omini verdi). 
L'esistenza delle stelle di neutroni fu proposta per la prima volta da Walter Baade e Fritz Zwicky nel 1934, quando sostenevano che una piccola stella densa costituita principalmente da neutroni sarebbe risultata da una supernova. Dopo la scoperta della prima pulsar, Thomas Gold suggerì in modo indipendente un modello a stella di neutroni rotante simile a quello di Pacini, e sostenne esplicitamente che questo modello poteva spiegare la radiazione pulsata osservata da Bell Burnell e Hewish. La scoperta della pulsar di granchio più tardi nel 1968 sembrò fornire una conferma del modello di pulsar a stella di neutroni rotanti. La pulsar del granchio ha un periodo di impulso di 33 millisecondi, che era troppo breve per essere consistente
 

Lo studio delle Pulsar 

Un team internazionale di scienziati che studia ciò che equivale a una "pulsar in a box" simulata al computer sta acquisendo una comprensione più dettagliata del complesso ambiente ad alta energia attorno alle stelle di neutroni rotanti, chiamate anche pulsar. Il modello traccia i percorsi delle particelle cariche nei campi magnetici ed elettrici vicino alla stella di neutroni, rivelando comportamenti che possono aiutare a spiegare come le pulsar emettono impulsi di raggi gamma e radio con un tempo ultra preciso.
"Gli sforzi per capire come le pulsar fanno quello che fanno sono iniziati non appena sono stati scoperti nel 1967, e ci si sta ancora lavorando". "Anche con la potenza computazionale disponibile oggi, tracciare la fisica delle particelle nell'ambiente estremo di una pulsar è una sfida considerevole."
Una pulsar è il nucleo schiacciato di una stella massiccia che ha esaurito il carburante, è crollata sotto il suo stesso peso ed è esplosa come una supernova. La gravità forza una massa maggiore del Sole in una palla non più ampia dell'isola di Manhattan a New York City, aumentando al contempo la sua rotazione e rafforzando il suo campo magnetico. Le pulsar possono ruotare migliaia di volte al secondo e esercitare i più potenti campi magnetici noti.
Esplora una nuova simulazione al computer "pulsar in a box" che traccia il destino degli elettroni (blu) e dei loro parenti di antimateria, i positroni (rosso), mentre interagiscono con potenti campi magnetici ed elettrici attorno a una stella di neutroni. Tracce più leggere indicano energie delle particelle più elevate. Ogni particella vista in questa visualizzazione rappresenta in realtà trilioni di elettroni o positroni. Una migliore conoscenza dell'ambiente particellare attorno alle stelle di neutroni aiuterà gli astronomi a capire come producono impulsi radio e di raggi gamma a tempo preciso.
Queste caratteristiche rendono anche le pulsar potenti dinamo, con campi elettrici estremamente forti che possono strappare particelle dalla superficie e accelerarle nello spazio.
 

Osservazioni delle Pulsar  

Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha rilevato raggi gamma da 216 pulsar. Le osservazioni mostrano che l'emissione ad alta energia si verifica più lontano dalla stella di neutroni rispetto agli impulsi radio. Ma esattamente dove e come vengono prodotti questi segnali rimane poco conosciuto.
Vari processi fisici assicurano che la maggior parte delle particelle attorno a una pulsar siano elettroni o loro controparti di antimateria, positroni.
"A poche centinaia di metri sopra il polo magnetico di una pulsar, gli elettroni estratti dalla superficie possono avere energie paragonabili a quelle raggiunte dai più potenti acceleratori di particelle sulla Terra", ha detto Alice Harding di Goddard. "Nel 2009, Fermi ha scoperto potenti bagliori di raggi gamma dalla pulsar della Nebulosa del Granchio che indicano la presenza di elettroni con energie mille volte maggiori."
Gli elettroni veloci emettono raggi gamma, la forma di energia a più alta energia, attraverso un processo chiamato radiazione di curvatura. Un fotone di raggi gamma può, a sua volta, interagire con il campo magnetico della pulsar in un modo che lo trasforma in una coppia di particelle, un elettrone e un positrone.
Per tracciare il comportamento e le energie di queste particelle, Brambilla, Harding e i loro colleghi hanno usato un tipo relativamente nuovo di modello pulsar chiamato simulazione "particle in cell" (PIC). Constantinos Kalapotharakos di Goddard ha guidato lo sviluppo del codice del computer del progetto. Negli ultimi cinque anni, il metodo PIC è stato applicato a impostazioni astrofisiche simili da parte di team dell'Università di Princeton nel New Jersey e della Columbia University di New York.
“La tecnica PIC ci consente di esplorare la pulsar dai primi principi. Iniziamo con una pulsar rotante e magnetizzata, iniettiamo elettroni e positroni in superficie e monitoriamo il modo in cui interagiscono con i campi e dove vanno ”, ha affermato Kalapotharakos. "Il processo è intensivo dal punto di vista computazionale perché i movimenti delle particelle influenzano i campi elettrici e magnetici e i campi influenzano le particelle e tutto si muove vicino alla velocità della luce."
La simulazione mostra che la maggior parte degli elettroni tende a correre verso l'esterno dai poli magnetici. I positroni, d'altra parte, fluiscono principalmente a latitudini più basse, formando una struttura relativamente sottile chiamata foglio corrente. Infatti, i positroni a più alta energia qui - meno dello 0,1 percento del totale - sono in grado di produrre raggi gamma simili a quelli rilevati da Fermi, confermando i risultati di studi precedenti.
Alcune di queste particelle probabilmente vengono potenziate a enormi energie in punti all'interno del foglio corrente in cui il campo magnetico subisce una riconnessione, un processo che converte l'energia magnetica immagazzinata in calore e accelerazione di particelle.
Una popolazione di elettroni di media energia ha mostrato un comportamento davvero strano, spargendosi da ogni parte, anche verso la pulsar.
Le particelle si muovono con il campo magnetico, che si sposta indietro e si estende verso l'esterno mentre la pulsar gira. 
 

 

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