Grazie all’osservatorio H.E.S.S. in Namibia, gli scienziati hanno rilevato i raggi gamma con la più alta energia mai registrata da una stella di neutroni: pulsar. L’energia di questi raggi gamma ha raggiunto i 20 tera-elettronvolt, ovvero circa 10.000 miliardi di volte l’energia della luce visibile.
Questa osservazione è difficilmente compatibile con la teoria della produzione di questi raggi gamma pulsati, come riporta il team internazionale nella rivista Nature Astronomy.
Le pulsar sono i resti dei corpi di stelle che sono esplose in modo spettacolare in una supernova. Le esplosioni lasciano dietro di sé una minuscola stella morta, con un diametro di appena 20 chilometri, che ruota con estrema velocità ed è dotata di un enorme campo magnetico. “Queste stelle senza vita sono quasi interamente costituite da neutroni e sono incredibilmente dense: un cucchiaino del loro materiale ha una massa di oltre cinque miliardi di tonnellate, ovvero circa 900 volte la massa della Grande Piramide di Giza”, spiega Emma de Oña Wilhelmi, scienziata dell’H.E.S.S. e coautrice della pubblicazione, che lavora al DESY.
Pulsar: scoperta la più alta energia di raggi gamma nel cielo australe nella nebulosa delle Vele
Le pulsar emettono fasci rotanti di radiazioni elettromagnetiche, un po’ come fari cosmici. Se il loro fascio attraversa il nostro sistema solare, vediamo lampi di radiazione a intervalli di tempo regolari. Questi lampi, chiamati anche impulsi di radiazione, possono essere ricercati in diverse bande energetiche dello spettro elettromagnetico. Gli scienziati ritengono che la fonte di queste radiazioni siano elettroni veloci prodotti e accelerati nella magnetosfera della pulsar, mentre viaggiano verso la sua periferia.
La magnetosfera è costituita da plasma e campi elettromagnetici che circondano e co-rotano con la stella. “Nel loro viaggio verso l’esterno, gli elettroni acquisiscono energia e la rilasciano sotto forma dei fasci di radiazioni osservati”. Afferma Bronek Rudak del Centro astronomico Nicolaus Copernicus (CAMK PAN) in Polonia, anch’egli coautore.
La pulsar delle Vele, situata nel cielo australe nella nebulosa delle Vele, è la pulsar più luminosa nella banda radio dello spettro elettromagnetico e la più brillante sorgente persistente di raggi gamma cosmici nella gamma dei giga-elettronvolt (GeV). Ruota circa undici volte al secondo. Tuttavia, al di sopra di alcuni GeV, la sua radiazione termina bruscamente, presumibilmente perché gli elettroni raggiungono la fine della magnetosfera della pulsar e ne fuoriescono.
Lo studio
Ma non è finita qui: grazie alle osservazioni in profondità con H.E.S.S., è stata scoperta una nuova componente di radiazione a energie ancora più elevate, con energie fino a decine di tera-elettronvolt (TeV). “Si tratta di un’energia circa 200 volte superiore a tutte le radiazioni mai rilevate prima da questo oggetto”. Spiega il coautore Christo Venter della North-West University in Sudafrica. Questa componente ad altissima energia appare negli stessi intervalli di fase di quella osservata nella gamma dei GeV. Tuttavia, per raggiungere queste energie, gli elettroni potrebbero dover viaggiare ancora più lontano della magnetosfera, ma il modello di emissione rotazionale deve rimanere intatto.
“Questo risultato sfida le nostre precedenti conoscenze sulle pulsar e richiede un ripensamento del funzionamento di questi acceleratori naturali”, commenta Arache Djannati-Atai del laboratorio Astroparticle & Cosmology (APC) in Francia, che ha guidato la ricerca. “Lo schema tradizionale, secondo il quale le particelle vengono accelerate lungo le linee del campo magnetico all’interno o leggermente al di fuori della magnetosfera, non può spiegare sufficientemente le nostre osservazioni. Forse stiamo assistendo all’accelerazione delle particelle attraverso il cosiddetto processo di riconnessione magnetica al di là del cilindro di luce, che in qualche modo conserva ancora lo schema rotazionale? Ma anche questo scenario incontra difficoltà a spiegare come si produce una radiazione così estrema”.
Qualunque sia la spiegazione, accanto agli altri superlativi, la pulsar Vela detiene ora ufficialmente il record di pulsar con i raggi gamma a più alta energia finora rilevati. “Questa scoperta apre una nuova finestra di osservazione per il rilevamento di altre pulsar nell’ordine delle decine di teraelettronvolt con gli attuali telescopi a raggi gamma e con quelli più sensibili di prossima realizzazione, aprendo così la strada a una migliore comprensione dei processi di accelerazione estrema negli oggetti astrofisici altamente magnetizzati”, conclude Djannati-Atai.
