Gli astronomi dell’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) e CSIRO hanno appena osservato un’attività bizzarra e mai vista prima da parte di una magnetar ‘radio-rumorosa’, un raro tipo di stella di neutroni e uno dei magneti più potenti dell’universo.
Le loro nuove scoperte, pubblicate negli avvisi mensili della Royal Astronomical Society (MNRAS) , suggeriscono che le magnetar hanno campi magnetici più complessi di quanto si pensasse in precedenza, il che potrebbe mettere in discussione le teorie su come nascono ed evolvono nel tempo.
Le magnetar sono un raro tipo di stella di neutroni rotante con alcuni dei campi magnetici più potenti dell’Universo. Gli astronomi hanno rilevato solo una trentina di questi oggetti dentro e intorno alla Via Lattea, la maggior parte dei quali rilevata dai telescopi a raggi X a seguito di un’esplosione ad alta energia. È stato anche visto tuttavia, che una manciata di queste magnetar emette impulsi radio simili alle pulsar, i cugini meno magnetici delle magnetar che producono fasci di onde radio dai loro poli magnetici. Monitorare il modo in cui gli impulsi di queste magnetar “ad alto volume radio” cambiano nel tempo offre una finestra unica sulla loro evoluzione e geometria.
Attività bizzarra nell’universo: scoperta una nuova magnetar
Nel marzo 2020, una nuova magnetar denominata Swift J1818.0-1607 (J1818 in breve) è stata scoperta dopo aver emesso una raffica di raggi X brillante. Le rapide osservazioni di follow-up hanno rilevato impulsi radio provenienti dalla magnetar. Curiosamente, l’aspetto degli impulsi radio da J1818 era abbastanza diverso da quelli visti da altre magnetar ad alto volume radio.
La maggior parte degli impulsi radio delle magnetar mantiene una luminosità costante su un’ampia gamma di frequenze di osservazione. Tuttavia, gli impulsi da J1818 erano molto più luminosi alle basse frequenze rispetto alle alte frequenze , simile a ciò che si vede nelle pulsar, un altro tipo più comune di stella di neutroni che emette radio. Per capire meglio come si sarebbe evoluto J1818 nel tempo, un team guidato da scienziati dell’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) lo ha osservato otto volte utilizzando il radiotelescopio CSIRO Parkes (noto anche come Murriyang) tra maggio e ottobre 2020.
Durante questo periodo, hanno scoperto che la magnetar ha subito una breve crisi di identità: a maggio emetteva ancora gli insoliti impulsi simili a pulsar che erano stati rilevati in precedenza; tuttavia, a giugno aveva iniziato a oscillare tra uno stato luminoso e uno debole. Questo comportamento tremolante ha raggiunto il picco a luglio, dove l’hanno visto scorrere avanti e indietro tra l’emissione di impulsi radio simili a pulsar e quelli magnetar.
“Questo comportamento bizzarro non è mai stato visto prima in nessun’altra magnetar ad alto volume”, spiega Marcus Lower, autore principale dello studio e studente di dottorato della Swinburne University / CSIRO. “Sembra che sia stato solo un fenomeno di breve durata poiché dalla nostra successiva osservazione si era stabilizzato permanentemente in questo nuovo stato simile a una magnetar”. Gli scienziati hanno anche cercato la forma dell’impulso e i cambiamenti di luminosità a diverse frequenze radio e hanno confrontato le loro osservazioni con un modello teorico di 50 anni fa. Questo modello prevede la geometria attesa di una pulsar, in base alla direzione di rotazione della sua luce polarizzata.
Le dichiarazioni di Lower
“Dalle nostre osservazioni, abbiamo scoperto che l’asse magnetico di J1818 non è allineato con il suo asse di rotazione”, afferma Lower. “Invece, il polo magnetico che emette la radio sembra essere nel suo emisfero meridionale, situato appena sotto l’equatore. La maggior parte delle altre magnetar hanno campi magnetici allineati con i loro assi di rotazione o sono un po ‘ambigui”. “Questa è la prima volta che vediamo definitivamente una magnetar con un polo magnetico disallineato”.
Sorprendentemente, questa geometria magnetica sembra essere stabile nella maggior parte delle osservazioni. Ciò suggerisce che qualsiasi cambiamento nel profilo dell’impulso è semplicemente dovuto alle variazioni dell’altezza in cui gli impulsi radio vengono emessi sopra la superficie della stella di neutroni. Tuttavia, l’osservazione del 1 ° agosto 2020 si distingue come una curiosa eccezione.
“Il nostro miglior modello geometrico per questa data suggerisce che il raggio radio si è capovolto brevemente su un polo magnetico completamente diverso situato nell’emisfero settentrionale della magnetar” afferma Lower. Una netta mancanza di qualsiasi cambiamento nella forma del profilo dell’impulso della magnetar indica che le stesse linee del campo magnetico che attivano gli impulsi radio “normali” devono essere responsabili anche degli impulsi visti dall’altro polo magnetico.
Lo studio suggerisce che questa è la prova che gli impulsi radio da J1818 provengono da anelli di linee di campo magnetico che collegano due poli ravvicinati, come quelli visti che collegano i due poli di un magnete a ferro di cavallo o macchie solari sul Sole. Questo è diverso dalla maggior parte delle normali stelle di neutroni che dovrebbero avere i poli nord e sud sui lati opposti della stella che sono collegati da un campo magnetico a forma di ciambella.
Questa particolare configurazione del campo magnetico è supportata anche da uno studio indipendente degli impulsi di raggi X da J1818 che sono stati rilevati dal telescopio NICER a bordo della Stazione Spaziale Internazionale . I raggi X sembrano provenire da una singola regione distorta di linee di campo magnetico che emergono dalla superficie magnetar o da due regioni più piccole, ma ravvicinate.
Queste scoperte hanno potenziali implicazioni per le simulazioni al computer di come nascono e si evolvono le magnetar per lunghi periodi di tempo, poiché geometrie di campo magnetico più complesse cambieranno la velocità con cui i loro campi magnetici dovrebbero decadere nel tempo. Inoltre, le teorie che suggeriscono che i lampi radio veloci possono provenire da magnetar dovranno tenere conto degli impulsi radio potenzialmente originati da più siti attivi nei loro campi magnetici. Fare un salto tra i poli magnetici in azione potrebbe anche offrire la prima opportunità di mappare il campo magnetico di una magnetar.
