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Pulsar del Granchio

stella nella costellazione del Toro

La pulsar del Granchio (PSR B0531+21 o PSR J0534+2200) è una stella di neutroni relativamente giovane situata al centro della Nebulosa del Granchio, il resto della supernova SN 1054.[2][3][4] Scoperta nel 1968, fu la prima pulsar ad essere messa in relazione con un resto di supernova, una scoperta fondamentale per l'interpretazione delle pulsar come stelle di neutroni ad elevata velocità di rotazione.[5]

Pulsar del Granchio
Pulsar del Granchio
Immagine in movimento fortemente rallentata che mostra le "pulsazioni" della pulsar del Granchio. Cambridge University.
ClassificazionePulsar o Stella di neutroni
Classe spettraleF
Distanza dal Sole6520 anni luce (2000 parsec)[1]
CostellazioneToro
Coordinate
(all'epoca J2000.0)
Ascensione retta05h 34m 31,97s
Declinazione+22° 00′ 52,1″
Dati fisici
Periodo di rotazione3,37 × 10-2 s[1]
Indice di colore (B-V)+0,5
Età stimata970 anni
Dati osservativi
Magnitudine app.16,5
Moto proprioAR: −14,7 ± 0,8[1] mas/anno
Dec: 2,0 ± 0,8[1] mas/anno
Nomenclature alternative
PSR B0531+21, PSR J0534+2200

Coordinate: Carta celeste 05h 34m 31.97s, +22° 00′ 52.1″

Caratteristiche modifica

 
La Nebulosa del Granchio, al cui centro è visibile la Pulsar. L'immagine combina dati ripresi nel visibile da HST (in rosso) e nei raggi X da Chandra (in blu)[6]

La pulsar del Granchio ha un diametro, nel visibile di circa 28–30 km[7] e compie una rotazione in 33 millisecondi,[8] cioè compie 30 giri al secondo, ma si ritiene che stia rallentando di 38 nanosecondi al giorno a causa della grande quantità di energia emanata tramite vento;[9] talvolta il suo periodo di rotazione mostra dei forti cambiamenti, noti come glitch[10]. Tale vento, accelerato a velocità relativistiche, interagisce con i gas della nebulosa producendo un'emissione di sincrotrone che costituisce la gran parte dell'emissione dell'oggetto, rivelata in quasi tutto lo spettro elettromagnetico, dalla banda radio ai raggi gamma. L'energia rilasciata man mano che la pulsar rallenta è notevolissima e potenzia le emissioni di sincrotrone della Nebulosa del Granchio, che ha una luminosità totale di circa 75.000 volte quella del Sole.[11]

La forte emissione di energia della pulsar crea un'insolita regione dinamica al centro della nebulosa; mentre la gran parte degli oggetti astronomici evolvono talmente lentamente che i cambiamenti sono apprezzabili solo nella scala di diversi anni, le parti più interne della Nebulosa del Granchio mostrano dei cambiamenti nell'ordine di appena pochi giorni.[12] La struttura più dinamica delle regioni centrali della nebulosa è il punto dove il vento equatoriale della pulsar colpisce la massa della nebulosa stessa, formando una sorta di termination shock. La forma e la posizione di questa struttura cambiano rapidamente, a seconda dell'intensità del vento equatoriale, che appare come una serie di sbuffi che si illuminano e si dissolvono mentre si allontanano dalla pulsar, per poi mescolarsi ai gas della parte principale della nebulosa.

La pulsar fornisce un forte segnale periodico che può essere usato per controllare le temporizzazioni dei sensori a raggi X. Nell'astronomia a raggi X, crab (parola inglese che significa "Granchio") e il suo sottomultiplo millicrab sono a volte usate come unità di misura della densità di flusso. Un millicrab equivale ad una densità di flusso di 2,4 × 10−11 erg s−1 cm−2 (nel SI 2,4 × 10−14 W m−2) nella banda dei raggi X ad energia compresa tra 2 e 10 keV. Pochissime sorgenti a raggi X hanno una luminosità superiore ad 1 crab.

Storia osservativa modifica

 
La Pulsar del Granchio, segnata da due linee che si incrociano ad angolo retto in sua prossimità, osservata nel visibile in bianco e nero.

La storia osservativa della pulsar ha origine con i primi tentativi di identificazione nel visibile dell'astro centrale della Nebulosa del Granchio, che portarono all'identificazione, nei pressi del suo centro, di due stelle, note nella letteratura scientifica dell'epoca come north following star (stella che segue a nord) e south preceding star (stella che segue a sud). Nel settembre del 1942 Walter Baade esclude come probabile stella centrale l'astro settentrionale, pur considerando inconcludenti le prove a supporto della stella meridionale;[13] in contemporanea Rudolf Minkowski, sostenuto da prove di tipo spettrale, ha confermato la possibilità che la south preceding star fosse effettivamente la stella centrale della nebulosa, sebbene con un certo grado di incertezza.[14]

Si scoprì anche che la regione attorno alla stella è una forte sorgente di onde radio, nel 1949,[15] di raggi X, nel 1963,[16] nonché una delle fonti più potenti di raggi gamma del nostro cielo, nel 1967.[17] Nel 1967, Jocelyn Bell Burnell scoprì la prima sorgente radio pulsante, o pulsar: PSR B1919+21; nell'anno successivo, sfruttando il radiotelescopio di Green Bank, David H. Staelin ed Edward C. Reifenstein III individuarono nella Nebulosa del Granchio due sorgenti radio, di cui una presentava le caratteristiche proprie di questa nuova classe di sorgenti;[18] a tali due sorgenti furono assegnate le designazioni NP 0527 e NP 0532. In seguito uno studio dimostrò che NP 0532 corrispondeva con l'astro centrale della Nebulosa del Granchio.[19] Tale sorgente fu confermata anche dalle osservazioni condotte nello stesso anno dall'astronomo sovietico L. I. Matveenko.[20] Le pulsar sono potenti sorgenti di radiazione elettromagnetica, emessa in pulsazioni brevi ed estremamente regolari molte volte al secondo; quando furono scoperte, nel 1967 erano uno dei più grandi misteri dell'astronomia e il gruppo di scienziati che per primi le scoprirono considerarono persino la possibilità che si trattasse di segnali provenienti da una civiltà avanzata.[21] Tuttavia, la scoperta di una di queste pulsar all'interno della Nebulosa del Granchio era una prova consistente che questo tipo di oggetti esotici si formassero a seguito di un'esplosione di supernova. Ora è ben chiaro che si tratta di stelle di neutroni ruotanti a grande velocità, il cui campo magnetico concentra le loro radiazioni in stretti fasci.

Nel febbraio del 1969 furono riportati anche casi di osservazione delle pulsazioni nel visibile.[22] Tuttavia, la stessa Jocelyn Bell afferma che la prima osservazione nel visibile delle pulsazioni della Pulsar del Granchio si deve a una donna che, verso la fine degli anni 1950, osservò la sorgente attraverso il telescopio dell'Università di Chicago, allora aperta al pubblico. Tuttavia il fatto fu attribuito dall'astronomo a cui la signora aveva chiesto consulenza a una mera scintillazione, nonostante le critiche della donna, la quale, in quanto pilota qualificata e dotata di una vista acuta, non si convinse delle conclusioni dell'astronomo, pensando che si trattasse in realtà di qualcosa di diverso. A tal proposito, la Bell Burnell afferma che la frequenza di pulsazione dell'oggetto nel visibile, pari a 30 Hz, è molto difficile da riscontrare per la gran parte delle persone.[23][24]

Possibile presenza di compagni planetari modifica

Nel 1970 l'astronomo Michel Curtis ha proposto la presenza di un compagno planetario per esplicare alcune variazioni riscontrate nel tempo di pulsazione.[25] L'oggetto ipotetico avrebbe una massa di 0,00001 masse solari (equivalenti a 0,01 masse gioviane o 3,3 masse terrestri) e sarebbe situato a 0,3 unità astronomiche dalla pulsar. La sua presenza non è stata confermata.

Nome Massa Semiasse maggiore Periodo orbitale
PSR B0531+21 b ≥3,28 MT 0,3 UA ? giorni

Note modifica

  1. ^ a b c d ATNF Pulsar Catalogue database entry. See R. N. Manchester et al., The Australia Telescope National Facility Pulsar Catalogue, in Astronomical Journal, vol. 129, 2005, p. 1993, DOI:10.1086/428488.
  2. ^ Supernova 1054 - Creation of the Crab Nebula Archiviato il 5 luglio 2008 in Internet Archive.
  3. ^ J. J. L. Duyvendak, Further Data Bearing on the Identification of the Crab Nebula with the Supernova of 1054 A.D. Part I. The Ancient Oriental Chronicles (PDF), in Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 54, 1942, p. 91, DOI:10.1086/125409.
    N. U. Mayall e Jan Hendrik Oort, Further Data Bearing on the Identification of the Crab Nebula with the Supernova of 1054 A.D. Part II. The Astronomical Aspects (PDF), in Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 54, 1942, p. 95, DOI:10.1086/125410.
  4. ^ K. Brecher, et al., Ancient records and the Crab Nebula supernova, in The Observatory, vol. 103, 1983, p. 106.
  5. ^ Michael Zeilik e Stephen A. Gregory, Introductory Astronomy & Astrophysics, 4th, Saunders College Publishing, 1998, p. 369, ISBN 0-03-006228-4.
  6. ^ Space Movie Reveals Shocking Secrets of the Crab Pulsar, su hubblesite.org, NASA, 19 settembre 2002.
  7. ^ M. Bejger e P. Haensel, Moments of inertia for neutron and strange stars: Limits derived for the Crab pulsar, in Astronomy and Astrophysics, vol. 396, dicembre 2002, pp. 917–921, DOI:10.1051/0004-6361:20021241.
  8. ^ Harnden F.R., Seward F.D. (1984), Einstein observations of the Crab nebula pulsar, Astrophysical Journal, v. 283, p. 279–285
  9. ^ Supernovae, Neutron Stars & Pulsars Archiviato il 9 luglio 2011 in Internet Archive.
  10. ^ Marco Antonelli, Alessandro Montoli e Pierre Pizzochero, Insights into the physics of neutron star interiors from pulsar glitches, 2022-11, pp. 219–281. URL consultato il 17 dicembre 2023.
  11. ^ Kaufmann W.J. (1996), Universe 4th edition, Freeman press, p. 428
  12. ^ Hester J.J., Scowen P.A., Sankrit R., Michel F.C., Graham J.R., Watson A., Gallagher J.S. (1996), The Extremely Dynamic Structure of the Inner Crab Nebula, Bulletin of the American Astronomical Society, Vol. 28, p.950
  13. ^ W. Baade, The Crab Nebula, in Astrophysical Journal, vol. 96, 1942, p. 188, DOI:10.1086/144446.
  14. ^ Rudolf Minkowski, The Crab Nebula, in Astrophysical Journal, vol. 96, 1942, p. 199, DOI:10.1086/144447.
  15. ^ Bolton J.G., Stanley G.J., Slee O.B. (1949), Positions of three discrete sources of Galactic radio frequency radiation, Nature, v. 164, p. 101
  16. ^ Bowyer S., Byram E.T., Chubb T.A., Friedman H. (1964), Lunar Occultation of X-ray Emission from the Crab Nebula, Science, v. 146, pp. 912–917
  17. ^ Haymes R.C., Ellis D.V., Fishman G.J., Kurfess J.D., Tucker, W.H. (1968), Observation of Gamma Radiation from the Crab Nebula, Astrophysical Journal, v. 151, p.L9
  18. ^ David H. Staelin e Edward C. Reifenstein, III, Pulsating radio sources near the Crab Nebula, in Science, vol. 162, n. 3861, 1968, p. 1481, DOI:10.1126/science.162.3861.1481, PMID 17739779.
  19. ^ Edward C. Reifenstein, III, David H. Staelin e William D. Brundage, Crab Nebula Pulsar NPO527, in Physical Review Letters, vol. 22, n. 7, 1969, p. 311, DOI:10.1103/PhysRevLett.22.311.
  20. ^ L. I. Matveenko, Position of a Source of Small Angular Size in the Crab Nebula, in Soviet Astronomy, vol. 12, 1968, p. 552.
  21. ^ Del Puerto C. (2005), Pulsars In The Headlines, EAS Publications Series, v. 16, pp.115–119
  22. ^ R. E. Nather, B. Warner e M. Macfarlane, Optical Pulsations in the Crab Nebula Pulsar, in Nature, vol. 221, 1969, p. 527, DOI:10.1038/221527a0.
  23. ^ Brumfiel, Air force had early warning of pulsars, in Nature, vol. 448, n. 7157, 2007, pp. 974–975, DOI:10.1038/448974a, PMID 17728726.
  24. ^ "Beautiful Minds: Jocelyn Bell Burnell", BBC television documentary broadcast 7 April 2010
  25. ^ Curtis, Pulsar Planetary Systems, in The Astrophysical Journal Letters, vol. 159, 1970, pp. 25–28, Bibcode:2007MNRAS.381L...1L, DOI:10.1086/180471.

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