Illustrazione artistica di una pulsar. Credito: Carl Knox, Università di OzGrav-Swinburne
Di tanto in tanto le pulsar, resti di stelle a rotazione rapida che lampeggiano come un faro, mostrano variazioni estreme di luminosità. Gli astrofisici prevedono che queste brevi esplosioni di luminosità si verificano a causa di regioni dense di interstellari plasma (il gas caldo tra le stelle) disperdono le onde radio emesse dal stampa. Tuttavia, non sappiamo ancora da dove provengano le fonti di energia necessarie per formare e sostenere queste regioni di plasma denso. Per comprendere meglio queste formazioni interstellari, sono necessarie osservazioni più dettagliate della loro struttura su piccola scala. Una strada promettente per questo è nello scintillio, o "scintillio", delle pulsar.
Quando le onde radio di una pulsar vengono disperse dal plasma interstellare, le onde separate interferiscono e creano uno schema di interferenza sulla Terra. Mentre la Terra, la pulsar e il plasma si muovono l'uno rispetto all'altro, questo modello viene osservato come variazioni di luminosità nel tempo e nella frequenza: lo spettro dinamico. Questa è scintillazione, o "scintillio". Lo scattering e lo scintillio si verificano in piccole regioni del plasma grazie alla natura puntiforme dei segnali delle pulsar. Dopo un'elaborazione specializzata del segnale dello spettro dinamico, possiamo osservare vivide caratteristiche paraboliche note come archi di scintillazione che sono correlate all'immagine della radiazione diffusa della pulsar nel cielo.
Una particolare pulsar, chiamata J1603-7202, è stata sottoposta a uno scattering estremo nel 2006. Ciò la rende un bersaglio interessante per l'esame di queste dense regioni del plasma. Tuttavia, la traiettoria della pulsar non è stata ancora determinata poiché orbita attorno a un'altra stella compatta chiamata a Nana bianca in un'orbita frontale e gli astronomi non hanno metodi alternativi per misurarlo in questa situazione. Fortunatamente, gli archi di scintillazione hanno un duplice scopo: le loro curvature sono legate alla velocità della pulsar, così come alla distanza dalla pulsar e dal plasma. Il modo in cui la velocità della pulsar cambia mentre orbita dipende dall'orientamento dell'orbita nello spazio. Pertanto, nel caso della pulsar J1603-7202, abbiamo calcolato le variazioni della curvatura degli archi nel tempo per determinare l'orientamento.
Le misurazioni che abbiamo ottenuto per l'orbita della pulsar J1603-7202 sono un miglioramento significativo rispetto alle analisi precedenti. Ciò dimostra la fattibilità della scintillazione nell'integrazione di metodi alternativi. Abbiamo misurato la distanza dal plasma e mostrato che era circa tre quarti della distanza dalla pulsar, dalla Terra. Questo non sembra coincidere con le posizioni di stelle o nubi di gas interstellari conosciute. Gli studi sulla scintillazione pulsar esplorano spesso strutture come questa, che altrimenti sarebbero invisibili. La domanda, quindi, resta aperta: qual è la sorgente del plasma che disperde la radiazione della pulsar?
Infine, utilizzando la nostra misurazione dell'orbita, siamo in grado di stimare la massa del compagno orbitale di J1603-7202. Si calcola che sia circa la metà della massa del Sole. Se considerato insieme all'orbita altamente circolare di J160-7202, ciò implica che il compagno è probabilmente un residuo stellare composto da carbonio e ossigeno, una scoperta più rara intorno a una pulsar rispetto ai più comuni resti a base di elio.
Poiché ora disponiamo di un modello quasi completo dell'orbita, è attualmente possibile trasformare le osservazioni di scintillazione di J1603-7202 in immagini sparse nel cielo e mappare il plasma interstellare su scala del Sistema Solare. La creazione di immagini delle strutture fisiche che causano una dispersione estrema delle onde radio può darci una migliore comprensione di come si formano regioni così dense e del ruolo che il plasma interstellare gioca nell'evoluzione delle galassie.
Scritto dalla dottoranda Kris Walker (ICRARO-UWA) e il Dr. Daniel Reardon (Università di OzGrav-Swinburne).
Riferimento: "Dinamica orbitale e proprietà di eventi di dispersione estrema da osservazioni di scintillazione a lungo termine di PSR J1603-7202" di Kris Walker, Daniel J. Reardon, Eric Thrane e Rory Smith, 28 giugno 2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac69c6
