Galactic Centre Pulsars with the SKAO

Al cuore stesso della nostra galassia, la Via Lattea, si trova una regione di intensa gravità e mistero, dominata da un buco nero supermassiccio noto come Sagittarius A*. Per decenni, gli astronomi hanno mappato le orbite delle stelle che ruotano attorno a questo gigante invisibile, confermandone l'esistenza e testando le leggi della fisica in ambienti estremi. Eppure, un tassello cruciale del puzzle rimane mancante: una pulsar. Una pulsar è una stella morta che ruota rapidamente ed emette fasci di onde radio con la precisione di un orologio cosmico. Se un tale orologio venisse trovato in orbita vicino al buco nero, permetterebbe agli scienziati di misurare il tessuto dello spazio e del tempo con un livello di accuratezza attualmente impossibile, rivelando potenzialmente nuove verità sulla gravità e sulla natura dell'universo. Il problema è che il centro della nostra galassia è un luogo caotico e polveroso che disturba i segnali radio, rendendo questi orologi cosmici incredibilmente difficili da ascoltare.

Un nuovo studio delinea un piano mirato per trovare finalmente questi elusivi segnali utilizzando il Square Kilometre Array, un enorme radiotelescopio attualmente in costruzione in Sudafrica. I ricercatori spiegano che, sebbene i precedenti sondaggi utilizzando i telescopi più sensibili al mondo abbiano trovato solo sette pulsar entro cento anni luce dal buco nero, questi strumenti non erano abbastanza sensibili da penetrare la fitta interferenza del centro galattico. Il team sostiene che la prossima generazione di telescopi, specificamente il suo array a media frequenza, possiedà la potenza necessaria per farsi strada attraverso questo rumore. Osservando a frequenze radio molto elevate, dove la distorsione del segnale è più debole, e impiegando tecniche di ricerca avanzate che cercano segnali che siano stati allungati o rallentati dalla gravità del buco nero, il progetto mira a rivelare una popolazione nascosta di pulsar. Gli autori suggeriscono che trovare anche una singola pulsar in un'orbita stretta attorno al buco nero sarebbe un traguardo storico, consentendo test della gravità che vanno ben oltre quanto possibile con gli attuali sistemi stellari binari.

Il documento dettaglia come il team intenda affrontare le sfide specifiche del centro galattico. Un grande ostacolo è lo scattering (diffusione) delle onde radio mentre passano attraverso gas ionizzato, che sfoca gli impulsi netti di una pulsar in una scia lunga e indistinta. Questo effetto è così forte alle frequenze più basse che nasconde efficacemente i segnali delle pulsar che ruotano più velocemente, note come pulsar millisecondo, che sono i migliori candidati per test precisi della gravità. Per superare questo, la strategia proposta prevede l'ascolto a frequenze superiori a 5 gigahertz, dove lo scattering è significativamente ridotto. I ricercatori hanno calcolato che, con le piene capacità del nuovo telescopio, potrebbero rilevare fino all'84 percento delle pulsar che potrebbero esistere in questa regione, a condizione che lo scattering non sia più severo di quanto osservato nei pochi esempi noti. Se lo scattering fosse davvero estremo come prevedono alcuni modelli, il tasso di successo diminuisce, ma le bande ad alta frequenza offrono comunque una possibilità realistica di scoperta.

Oltre alla caccia al compagno del buco nero, lo studio sottolinea il valore di trovare qualsiasi pulsar nella regione centrale per comprendere l'ambiente stesso. Il team nota che le poche pulsar già scoperte hanno mostrato comportamenti strani, come rapidi cambiamenti nelle loro firme magnetiche, suggerendo un ambiente turbolento e complesso, pieno di campi magnetici e flussi di gas. Mappando questi segnali, gli astronomi sperano di misurare la densità del gas e la forza dei campi magnetici nel nucleo galattico, fornendo un quadro più chiaro di come le stelle si formino ed evolvano in un quartiere così affollato. Inoltre, la presenza di queste pulsar potrebbe aiutare a risolvere un dibattito di lunga data su un misterioso eccesso di raggi gamma provenienti dal centro della galassia. Alcuni scienziati credono che questo bagliore derivi dall'annichilazione della materia oscura, mentre altri sostengono che sia la luce combinata di migliaia di deboli pulsar non rilevate. Un sondaggio di successo con il nuovo telescopio potrebbe contare queste pulsar e determinare quale spiegazione sia corretta.

I ricercatori descrivono anche un approccio sofisticato alla ricerca stessa, andando oltre i metodi standard che assumono che una pulsar ruoti a un ritmo costante. Poiché una pulsar in orbita attorno a un buco nero supermassiccio è soggetta a immense forze gravitazionali, il suo segnale può apparire accelerato o rallentato in modi che confondono gli algoritmi di ricerca tradizionali. Il team propone di utilizzare nuove tecniche che tengano conto di queste accelerazioni e persino del "jerk" (variazione dell'accelerazione) o cambiamenti improvvisi nel moto, assicurando che nessun segnale venga perso a causa dell'estrema dinamica dell'orbita. Pianificano di osservare il centro della galassia per lunghi periodi di tempo, utilizzando molteplici fasci per coprire un'ampia area e per verificare che qualsiasi segnale rilevato sia un vero oggetto celeste e non un artefatto del telescopio. L'obiettivo finale è creare un archivio completo di dati che servirà come risorsa per la comunità scientifica per decenni, permettendo ai futuri ricercatori di applicare strumenti ancora più avanzati alle stesse osservazioni.

Sebbene il documento non affermi che sia stata trovata una pulsar in orbita attorno al buco nero, presenta un caso chiaro e convincente che la tecnologia per trovarne una è ormai a portata di mano. Gli autori esprimono fiducia che il Square Kilometre Array rivelerà finalmente la popolazione nascosta di pulsar nel centro galattico, trasformando la nostra comprensione dell'ambiente più estremo della nostra galassia. La scoperta anche di un solo oggetto di questo tipo aprirebbe una nuova finestra sulla natura della gravità, sulla distribuzione della materia oscura e sulla storia della formazione stellare al cuore della Via Lattea. Fino ad allora, la ricerca continua, spinta dalla promessa che la prossima generazione di telescopi permetterà finalmente di ascoltare il ticchettio degli orologi più precisi dell'universo.