La pulsar al millisecondo più vicina, PSR J0437, ha un raggio di 11,4 chilometri e una massa pari a 1,4 volte quella del sole. Questi sono i risultati di misurazioni di precisione effettuate da un team di ricercatori guidato dall’Università di Amsterdam (Paesi Bassi). Le misurazioni hanno rilevato di più sulla composizione e sul campo magnetico di questa stella di neutroni. I ricercatori stanno pubblicando le loro scoperte in una serie di articoli scientifici.
PSR J0437 è una stella di neutroni rotante che emette radiazioni elettromagnetiche
PSR J0437 è una pulsar, una stella di neutroni rotante che emette radiazioni elettromagnetiche. Si trova a circa 510 anni luce dalla Terra nella costellazione meridionale del Pittore e ruota 174 volte al secondo attorno al suo asse e ha una compagna nana bianca.
Come un faro fuori controllo, la pulsar invia un fascio di onde radio e raggi X verso la Terra ogni 5,75 millisecondi. Questo la la rende al millisecondo più vicina alla Terra. È anche, in parte perché è così vicina, la pulsar al millisecondo più luminosa, ed è un orologio più stabile degli orologi atomici artificiali.
La ricerca
Per la loro ricerca, gli scienziati hanno utilizzato i dati del telescopio a raggi X NICER a bordo della ISS. Hanno combinato i dati a raggi X con una tecnica chiamata pulse profile modeling. Per fare questo, hanno elaborato modelli statistici complessi sul supercomputer nazionale olandese Snellius.
Alla fine, sono riusciti a calcolare il raggio della PSR J0437, con l’aiuto delle misurazioni di massa effettuate da Daniel Reardon della Swinburne University of Technology, Australia e dai colleghi del Parkes Pulsar Timing Array. Hanno anche mappato la distribuzione della temperatura dei poli magnetici.
Il ricercatore principale Devarshi Choudhury dell’Università di Amsterdam, Paesi Bassi è soddisfatto delle misurazioni: “Prima speravamo di riuscire a calcolare il raggio in modo accurato. E sarebbe fantastico se potessimo dimostrare che i poli magnetici caldi non sono direttamente opposti l’uno all’altro sulla superficie stellare. E siamo appena riusciti a fare entrambe le cose”.
I ricercatori hanno spiegato che le nuove misurazioni indicano una “equazione di stato più morbida” di quanto si pensasse in precedenza. Con questo intendono dire che la massa massima delle stelle di neutroni deve essere inferiore a quanto previsto da alcune teorie: “E questo, a sua volta, si adatta bene a quello che le osservazioni delle onde gravitazionali sembrano indicare“, ha affermato la coautrice ed esperta di stelle di neutroni Anna Watts dell’Università di Amsterdam.
Lo studio di Devarshi Choudhury e colleghi è stato accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters e sul server di preprint arXiv.
Fa parte di una serie di articoli sulle pulsar millisecondo. Tra gli altri, c’è una prossima pubblicazione su un aggiornamento della misurazione del raggio per la pulsar pesante PSR J0740+6620 guidata da Tuomo Salmi (University of Amsterdam), una sull’equazione di stato di Nathan Rutherford (University of New Hampshire, USA) e una sulla determinazione della massa di Daniel Reardon (Swinburne University of Technology, Australia). Tutti e tre questi articoli sono attualmente disponibili sul server di preprint arXiv.
Inoltre, all’inizio del 2024, sulla rivista The Astrophysical Journal è apparso un articolo sulla massa e sul raggio di PSR J0030 scritto da Serena Vinciguerra dell’Università di Amsterdam.
Conclusioni
L’osservazione delle stelle di neutroni consente lo studio altrimenti impossibile di processi fisici fondamentali. La temporizzazione delle pulsar radio binarie è particolarmente potente, poiché consente una caratterizzazione precisa delle loro posizioni (tridimensionali) e orbite.
PSR J0437 4715 è un’importante pulsar al millisecondo per gli esperimenti di temporizzazione dell’array ed è anche un obiettivo primario per il Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER). L’obiettivo principale della missione NICER è di vincolare l’equazione di stato della stella di neutroni deducendo la compattezza della stella.
Le misurazioni dirette della massa dalla temporizzazione della PSR J0437 migliorano quindi sostanzialmente i vincoli sul raggio e l’equazione di stato. Qui utilizziamo osservazioni che coprono 26 anni da Murriyang, il radiotelescopio Parkes da 64 m, per migliorare il modello di temporizzazione per la pulsar PSR J0437.
Tra le nuove misurazioni precise ci sono la massa della pulsar M, la distanza pc e l’angolo di inclinazione orbitale, che possono essere utilizzati per informare i modelli di profilo dell’impulso a raggi X dedotti dalle osservazioni NICER. Gli studiosi hanno dimostrato che questi risultati sono coerenti tra più set di dati del Parkes Pulsar Timing Array (PPTA), ciascuno modellato con diverse ipotesi di rumore.
Utilizzando il set di dati PPTA più lungo disponibile, hanno misurato una seconda derivata apparente della frequenza di spin della PSR J0437 e hanno discusso fi come questo possa essere spiegato tramite effetti cinematici dovuti al moto proprio e alla velocità radiale della pulsar, o tramite rumore in eccesso a bassa frequenza come uno sfondo di onde gravitazionali.
