L’assenza di pulsar nella Via Lattea è dovuta al cannibalismo tra stelle di neutroni e buchi neri primordiali?

La Via Lattea ha il problema di una pulsar mancante nel suo nucleo. Gli astronomi hanno cercato di spiegarlo per anni. Una delle idee più interessanti viene da un team di astronomi europei che hanno chiamato in causa la materia oscura, le stelle di neutroni e i buchi neri primordiali (PBH).

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Le ragioni dell’assenza di pulsar

L’astronomo Roberto Caiozzo, della Scuola Internazionale di Studi Avanzati di Trieste, in Italia, ha guidato un gruppo che ha esaminato il problema della pulsar mancante: “Non osserviamo pulsar di alcun tipo in questa regione interna, ad eccezione della magnetar PSR J1745-290″.

Campi magnetici

Si pensava che questo fosse dovuto a limitazioni tecniche, ma l’osservazione della magnetar sembra suggerire il contrario”. Quella magnetar orbita attorno al Sagittario A*, il buco nero al centro della Via Lattea.

Il team ha esaminato altre possibili ragioni per cui le pulsar non compaiono nel nucleo e ha osservato attentamente la formazione della magnetar e le interruzioni delle stelle di neutroni. Un’idea interessante esaminata è stata la cannibalizzazione dei buchi neri primordiali da parte delle stelle di neutroni.

Il team ha esplorato il problema della pulsar mancante ponendo la domanda: il cannibalismo tra stelle di neutroni e buchi neri primordiali potrebbe spiegare la mancanza di pulsar millisecondo rilevata nel nucleo della Via Lattea?

Lo studio

Lo studio ha indicato che i buchi neri primordiali siano stati creati nei primi secondi dopo il Big Bang: “Non è nota l’esistenza dei PBH”, ha spiegato Caiozzo: “Ma sembrano spiegare alcuni importanti fenomeni astrofisici”.

Lo studioso ha sottolineato l’idea che i buchi neri supermassicci sembrano esistere già in tempi molto precoci nell’Universo. Se ci sono PHB là fuori, il prossimo telescopio Nancy Grace Roman potrebbe aiutare a trovarli.

Gli astronomi hanno previsto che potrebbero esistere in un intervallo di masse, che va dalla massa di uno spillo a circa 100.000 la massa del Sole. Potrebbero essercene una gamma intermedia nel mezzo, i cosiddetti PBH “di massa asteroidale”. Gli astronomi hanno indicato questi ultimi come candidati alla materia oscura.

La materia oscura costituisce circa il 27% dell’Universo, ma oltre a suggerire che i PBH potrebbero far parte del contenuto di materia oscura, gli astronomi non sanno ancora esattamente di cosa si tratta. Sembra che ce ne sia una grande quantità nel nucleo della nostra galassia. Tuttavia, non è stata osservata direttamente, quindi se ne deduce la presenza per via di interazioni gravitazionali. È forse legata a quei PBH di fascia media?

Il terzo attore in questo mistero della pulsar mancante sono le stelle di neutroni. Sono enormi sfere tremolanti di neutroni rimaste dopo la morte di una stella supergigante di massa compresa tra 10 e 25 masse solari.

Le stelle di neutroni inizialmente sono molto calde (nell’ordine dei dieci milioni di K) e si raffreddano col tempo. Cominciano a girare molto velocemente e generano campi magnetici. Alcuni emettono fasci di radiazioni (solitamente in radiofrequenze) e mentre ruotano, tali raggi appaiono come “impulsi” di emissione. Questo gli valse il soprannome di “pulsar”. Le stelle di neutroni con campi magnetici estremamente potenti sono chiamate “magnetar”.

Gli astronomi hanno cercato pulsar nel nucleo della Via Lattea senza molto successo. Un’indagine dopo l’altra, non è stata rilevata alcuna pulsar radio entro i 25 parsec interni del nucleo della Galassia. Perché? Caizzo e i suoi coautori hanno suggerito nel loro articolo che la formazione di magnetar e altre interruzioni delle stelle di neutroni che influenzano la formazione delle pulsar non spiegano esattamente l’assenza di questi oggetti nel nucleo galattico.

Un’efficiente formazione di magnetar potrebbe spiegare questo (a causa della loro vita più breve)”, ha detto, “Ma non c’è alcuna ragione teorica per aspettarselo. Un’altra possibilità è che le pulsar vengano disturbate in altri modi”.

Ogni buco nero potrebbe contenere un universo

Di solito, la disgregazione avviene nei sistemi stellari binari in cui una stella è più massiccia dell’altra ed esplode come una supernova. L’altra stella potrebbe esplodere o meno. Qualcosa potrebbe eliminarla del tutto dal sistema. La stella di neutroni sopravvissuta diventa una pulsar “interrotta”. Non sono così facilmente osservabili, il che potrebbe spiegare la mancanza di rilevamenti radio.

Se la compagna non viene espulsa e poi si gonfia, la sua materia viene risucchiata dalla stella di neutroni. Questo fa ruotare la stella di neutroni e influenza il campo magnetico. Se la seconda stella rimane nel sistema, successivamente esplode e diventa a sua volta una stella di neutroni. Il risultato è una stella di neutroni binaria. Questa interruzione potrebbe aiutare a spiegare perché il nucleo galattico sembra essere privo di pulsar.

Il team di Caizzo ha deciso di utilizzare modelli bidimensionali di pulsar millisecondo che ruotano estremamente velocemente, come un modo per indagare sulla possibilità della cattura di un buco nero primordiale nel nucleo galattico. Il processo funziona così: una pulsar millisecondo interagisce in qualche modo con un buco nero primordiale che ha meno di una massa stellare.

Alla fine, la stella di neutroni (che ha un’attrazione gravitazionale abbastanza forte da attirare il PBH) cattura il buco nero. Una volta che questo accade, il PBH affonda nel nucleo della stella di neutroni. All’interno del nucleo, il buco nero inizia ad accumulare materia dalla stella di neutroni.

Stelle di Popolazione III, LMC 119

Alla fine, tutto quello che rimane è un buco nero con circa la stessa massa della stella di neutroni originale. Se questo accadesse, potrebbe aiutare a spiegare la mancanza di pulsar nei parsec interni della Via Lattea.

Conclusioni

Si è scoperto che tale cannibalismo non può spiegare il problema della pulsar mancante, secondo Caizzo: “Abbiamo scoperto che nel nostro modello attuale i PBH non sono in grado di distruggere questi oggetti, ma questo considera solo il nostro modello semplificato di interazioni tra due corpi“. Questo non esclude l’esistenza di PHB, solo che in casi specifici tale cattura non avviene.

Magnetar XTE J1810-197 rilascia insoliti impulsi radio, galassia M82

Allora, cosa resta da esaminare? Se ci sono PHB nei nuclei e si stanno unendo, nessuno li ha ancora visti, ma il centro della Galassia è un luogo affollato. Molti corpi affollano i parsec centrali. Bisogna calcolare gli effetti di tutti quegli oggetti che interagiscono in uno spazio così piccolo. Il problema della “dinamica a molti corpi” deve tenere conto di altre interazioni, nonché della dinamica e della cattura dei PBH.

Gli astronomi che desiderano utilizzare le fusioni di stelle di neutroni PBH per spiegare la mancanza di osservazioni di pulsar nel nucleo della Galassia dovranno comprendere meglio sia le osservazioni proposte che le popolazioni più grandi di pulsar.

Il team ha spiegato che le future osservazioni di vecchie stelle di neutroni vicine a Sgr A* potrebbero essere molto utili. Aiuterebbero a stabilire limiti più forti al numero di PBH nel nucleo. Inoltre, sarebbe utile avere un’idea delle masse di questi PBH, poiché quelli all’estremità inferiore (tipi con massa di asteroide) potrebbero interagire in modo molto diverso.

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