Discovery of an Extremely Luminous Sporadic Radio Pulsar

Nel profondo del silenzio freddo e oscuro dello spazio, ci sono stelle morte che parlano ancora. Queste sono stelle di neutroni, i resti incredibilmente densi e delle dimensioni di una città, lasciati dietro quando stelle massicce esplodono. La maggior parte di esse ruota rapidamente, emettendo onde radio nell'universo come fari. Quando questi fasci passano accanto alla Terra, rileviamo un impulso regolare, guadagnandosi il nome di pulsar. Per decenni, gli astronomi hanno mappato migliaia di questi orologi cosmici, usandoli per testare le leggi della fisica e misurare il tessuto dello spazio-tempo. Tuttavia, non tutte le stelle di neutroni sono fari costanti. Alcune sono erratiche, sfarfallando on e off in lampi imprevedibili, o nascondendo completamente i loro segnali per lunghi periodi. Questi sono noti come transienti radio rotanti, o RRAT. Sono difficili da trovare perché non brillano con un ritmo costante; invece, sussurrano in lampi sporadici e casuali che sono facilmente persi dai telescopi che cercano schemi regolari. Comprendere questi oggetti elusivi è fondamentale perché potrebbero detenere la chiave di un diverso tipo di mistero cosmico: i rapidi burst radio (fast radio bursts). Questi sono potenti lampi di energia radio della durata di millisecondi provenienti da galassie distanti, e sebbene la loro origine rimanga uno dei più grandi enigmi dell'astronomia, molti scienziati sospettano che siano correlati al comportamento di queste erratiche stelle di neutroni.

Un team di astronomi utilizzando il Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, un enorme radiotelescopio nella Columbia Britannica, ha scoperto quello che è l'esempio più luminoso di tale stella erratica mai registrato. Hanno trovato una stella di neutroni, chiamata PSR J2108+5055, che si trova a circa 1.600 anni luce di distanza nella nostra galassia, la Via Lattea. Questa stella è un vero elemento di disturbo. Mentre la maggior parte delle pulsar emette un flusso costante di onde radio, questa è un cambiatore di modalità sporadico, il che significa che passa da uno stato di quiete in cui è quasi silenziosa a uno stato brillante in cui scatena impulsi potenti. I ricercatori hanno rilevato oltre duemila di questi impulsi nell'arco di diversi anni, ma il comportamento della stella è così irregolare che era invisibile alle precedenti indagini che cercavano segnali costanti. La scoperta più sorprendente è l'enorme potenza dei suoi lampi più luminosi. Il team ha misurato un singolo impulso con una luminosità di picco di 3,1 kilojansky, un'unità di intensità radio. Per mettere questo in prospspettiva, se posaste questa stella al bordo del nostro Gruppo Locale di galassie, un enorme telescopio in Cina chiamato FAST sarebbe comunque in grado di rilevare il suo lampo più luminoso. Questo rende PSR J2108+5055 la transiente radio rotante più luminosa conosciuta, superando tutte le altre del suo genere con un margine significativo.

La scoperta non è stata semplice. Il telescopio utilizzato, CHIME, è progettato per scansionare una vasta porzione del cielo mentre la Terra ruota, ma non traccia singoli oggetti come un telescopio tradizionale. Ciò significa che i dati sono complessi, e gli impulsi della stella sono stati spesso catturati nei "lobi secondari" della visuale del telescopio, ovvero aree meno sensibili ai bordi del suo campo visivo. I ricercatori hanno dovuto sviluppare nuovi metodi per calibrare questi segnali e confermare che gli impulsi provenissero effettivamente da una singola fonte rotante. Hanno scoperto che la stella ruota una volta ogni 0,495 secondi e possiede un campo magnetico potente, ma trascorre la maggior parte del tempo in una modalità di "nulling", in cui non emette quasi nulla. Quando si risveglia, passa tra due modalità distinte di luminosità. Una modalità è fioca, mentre l'altra è incredibilmente luminosa, con gli impulsi brillanti che sono circa venti volte più forti di quelli deboli. Il team ha anche notato che gli impulsi della stella arrivano in tempi leggermente diversi a seconda della modalità in cui si trova, un indizio sottile che ha aiutato a sbloccare il vero ritmo della stella.

Ciò che rende importante questa scoperta è ciò che suggerisce sulla popolazione di stelle di neutroni nella nostra galassia. Le indagini precedenti, che cercavano segnali costanti o brevi raffiche, hanno probabilmente mancato completamente questa stella perché non si comporta come una tipica pulsar. I ricercatori hanno utilizzato un modello semplice per stimare quante altre stelle come questa potrebbero nascondersi nel cielo. Hanno concluso che potrebbero esserci decine, forse anche circa ottanta, di queste sorgenti estremamente luminose ma sporadiche che sono rimaste non rilevate dai metodi tradizionali. Ciò implica che l'universo è pieno di più di questi giganti "nascosti" di quanto pensassimo, e che abbiamo bisogno di nuove indagini a lunga durata per trovarli. Lo studio colloca anche questa stella nel contesto dei rapidi burst radio. Sebbene gli impulsi di PSR J2108+5055 siano incredibilmente luminosi per una pulsar, sono ancora troppo deboli per essere i rapidi burst radio osservati provenire da altre galassie. Tuttavia, il fatto che una stella di neutroni nel nostro cortile di casa possa produrre lampi così intensi di millisecondi mostra che la macchina all'interno di queste stelle è capace di generare energia su una scala che colma il divario tra le pulsar ordinarie e i misteriosi rapidi burst radio.

I ricercatori hanno anche cercato questa stella in altre parti dello spettro, come i raggi X e la luce visibile, ma non hanno trovato nulla. Questo conferma che la stella è un emettitore puramente radio, senza una controparte visibile o un forte bagliore di raggi X, il che è tipico per questo tipo di oggetto. Misurando la rotazione della stella e quanto rallenta nel tempo, hanno calcolato che ha circa 12 milioni di anni e ha un campo magnetico superficiale miliardi di volte più forte di quello terrestre. L'energia che perde mentre ruota viene convertita in onde radio con un'efficienza sorprendentemente alta durante i brevi momenti in cui è attiva. Questa scoperta non risolve il mistero dei rapidi burst radio, ma amplia la nostra comprensione di ciò che le stelle di neutroni sono capaci di fare. Dimostra che, anche all'interno della nostra galassia, esistono oggetti estremi che sfidano le nostre aspettative, brillando intensamente per un momento prima di svanire nuovamente nel buio. Con l'entrata in funzione di nuovi telescopi e l'aumento della sensibilità delle indagini, gli astronomi si aspettano di trovare altri di questi transienti elusivi e ad alta potenza, rivelando una popolazione nascosta di stelle che parlano solo attraverso sussurri.