Prima mappa della superficie di una pulsar

Simulazione di una possibile configurazione del quadrupolo magnetico per una pulsar con punti caldi solo nell’emisfero meridionale. Crediti: Gsfc/Nasa

Le pulsar sono stelle di neutroni che ruotano fino a centinaia di volte ogni secondo, irradiando ad intervalli regolari, sotto la spinta del potente campo magnetico che possiedono, radiazione elettromagnetica dai due poli: onde radio – da cui il nome di ‘pulsar’, sorgente radio pulsante, per le prime scoperte – ma anche radiazione X. Insomma, sono vere e proprie trottole spaziali, studiate per decenni con l’obiettivo di comprenderne il loro straordinario meccanismo di funzionamento.

Grazie alle osservazioni effettuate da luglio 2017 a dicembre 2018 con Nicer (Neutron star Interior Composition Explorer), il telescopio a raggi X a bordo della Stazione spaziale internazionale, capace di intercettare la radiazione X con una precisione 20 volte superiore di quanto fosse  possibile prima, due gruppi di scienziati sono ora riusciti a ottenere nuovi risultati su questi affascinanti oggetti astronomici.

«Là dal suo trespolo all’esterno della Stazione spaziale, Nicer sta rivoluzionando la nostra comprensione delle pulsar», dice Paul Hertz, direttore della divisione di astrofisica presso il quartier generale della Nasa a Washington. «Le pulsar sono state scoperte più di 50 anni fa come fari cosmici originati da stelle ollassate in nuclei densi, e mostrano un comportamento mai visto sulla Terra. Con Nicer possiamo sondare la natura di questi densi avanzi di stelle in modi che finora sembravano impossibili».

Lo strumento Nicer a bordo della Stazione spaziale. Crediti: Nasa

Ciò che i due gruppi di scienziati sono riusciti a ottenere sono le prime misurazioni precise e affidabili sia della dimensione che della massa della pulsar al millisecondo J0030 + 0451: una trottola da 205 giri al secondo a 1100 anni luce di distanza da noi, nella costellazione dei Pesci, che emette, oltre che nel radio, anche in banda X. I risultati sono riportati in una serie di sette articoli pubblicati su The Astrophysical Journal Letters, e ora disponibili online.

Il team guidato da Thomas Riley, dottorando di astrofisica computazionale all’università di Amsterdam, ha determinato per la pulsar una massa circa 1,3 volte quella del Sole e un diametro di 25.4 chilometri. L’altro team, guidato da Cole Miller dell’università del Maryland, ha stimato invece una massa di circa 1,4 volte quella del Sole con un diametro leggermente più grande, circa 26 km.

«Le misurazioni senza precedenti dei raggi X fatte da Nicer ci hanno permesso di effettuare i calcoli a oggi più precisi e affidabili delle dimensioni di una pulsar, con un’incertezza inferiore al 10 per cento» spiega Miller.

Crediti: Gsfc/Nasa

Come dicevamo in apertura, i ricercatori, effettuando simulazioni al computer, hanno anche ottenuto le prime mappe che siano state mai prodotte dei “punti caldi” – i cosiddetti hot spots – presenti sulla superficie di una pulsar. «Oltre a emettere nel radio, queste stelle emettono anche nella banda X», spiega a Media Inaf Antonino D’Aì, ricercatore all’Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica dell’Inaf di Palermo ed esperto di pulsar, al quale abbiamo chiesto un commento. «L’emissione X proviene per la maggior parte da regioni piccole poste sulla superficie della stella di neutroni dette hot spots, le cui dimensioni e posizioni sulla superficie determinano il profilo dell’impulso pulsato. La forma, la temperatura e la posizione degli hot spots è una funzione delle dimensioni e della compattezza (cioè del rapporto tra massa e raggio) della stella di neutroni. Il parametro di compattezza di una stella di neutroni è qualcosa che ancora non conosciamo bene, ed esistono diverse equazioni teoriche che legano massa e raggio di una stella di neutroni. Determinare con un’incertezza piccola questo valore di compattezza ha un valore enorme per scegliere quale sia l’equazione di stato vera per la materia ultra-densa».

Punti caldi dai quali avviene l’emissione, dunque, e che secondo il modello dei due poli si trovano su entrambi i poli magnetici – nord e sud – della stella di neutroni. Stando alle mappe ottenute dai ricercatori, però, sarebbero invece presenti in un solo emisfero, quello sud. E sarebbero diversi da quanto atteso anche per numero e forma. La mappa del gruppo di Riley, in particolare, identifica all’emisfero sud due punti caldi, uno piccolo e circolare e l’altro lungo e a forma di mezzaluna. Il gruppo di Miller, invece, ha trovato due possibili e ugualmente probabili configurazioni degli hot spots: uno corrisponde perfettamente al modello trovato dalla squadra di Riley, l’altro aggiunge un terzo punto leggermente inclinato rispetto al polo di rotazione sud della pulsar.

Gli studi su J0030 sono i primi a mappare queste caratteristiche di superficie. Gli scienziati stanno ora cercando di determinare perché i punti di J0030 siano disposti e modellati così come sono. Per ora, ciò che è chiaro è che i campi magnetici delle pulsar sono più complicati del tradizionale modello a due poli.

«È straordinario, e anche molto rassicurante, che i due team abbiano raggiunto dimensioni, masse e pattern di hot spots simili per J0030 utilizzando approcci di modellazione diversi», dice Zaven Arzoumanian, responsabile scientifico di Nicer al Goddard Space Flight Center della Nasa, a Greenbelt, nel Maryland. «Questo ci dice che Nicer è sulla strada giusta per aiutarci a rispondere a una domanda fondamentale in astrofisica: quale forma assume la materia nei nuclei ultra densi delle stelle di neutroni?».

Per saperne di più:

Guarda il video sul canale YouTube della Nasa:

La lunga notte della ricerca

28.09.2018

Un momento della conferenza stampa presso la sede del Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca a Roma

In una conferenza stampa che si è appena conclusa nella sede del Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca, aperta dal saluto del sottosegretario del Miur Lorenzo Fioramonti e che ha visto la partecipazione del presidente dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) Nichi D’Amico, del presidente dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) Fernando Ferroni, di quello del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) Massimo Inguscio, del direttore generale dell’Istituto di geofisica e vulcanologia (Ingv) e di Andrea Zanini, portavoce dell’Agenzia spaziale italiana  (Asi) – è stata lanciata l’edizione 2018 della Notte europea dei ricercatori.

«Oggi assistiamo a una corsa senza precedenti di tutti i Paesi del mondo nella realizzazione di imponenti infrastrutture astronomiche, oltre che alla partecipazione a missioni spaziali di esplorazione dell’universo sempre più ambiziose», commenta il presidente dell’Inaf D’Amico. «In questo quadro, le manifestazioni pubbliche connesse alla divulgazione dell’astronomia e dell’astrofisica moderna assumono un ruolo fondamentale: comunicare alla popolazione il carattere strategico dell’astronomia moderna per il futuro dell’umanità, che non solo spinge ai confini dell’Universo le nostre conoscenze, ma configura asset cruciali per l’innovazione e per la sicurezza del pianeta. Il nostro Inaf, che possiede al suo interno tutti i mezzi, intellettuali e strumentali, per l’esplorazione dell’Universo, a tutte le lunghezze d’onda, da terra e dallo spazio, è quindi in prima linea anche sul fronte della divulgazione e della comunicazione».

Era il 2011 quando l’Inaf partecipò per la prima volta come partner a questa manifestazione, sette anni dopo gli eventi che vedono coinvolto l’Istituto si sono moltiplicati, coltivando lo spirito dell’iniziativa, promossa fin dal 2005 dalla Commissione Europea: creare occasioni di incontro tra ricercatori e cittadini per diffondere la cultura scientifica e la conoscenza delle professioni della ricerca in un contesto informale e stimolante. Quest’anno per il 28 settembre il calendario è ricco più che mai e spazia dai seminari scientifici ai laboratori per bambini, dalle visite guidate alle nostre sedi, alle osservazioni al telescopio.

«L’Inaf può avere un calendario così ricco per la Notte europea dei ricercatori solo perché il suo dialogo con la società è continuo e costante per tutto l’anno, da tanti anni», dice Stefano Sandrelli, responsabile per la divulgazione e didattica dell’Inaf. «Noi vogliamo che la nostra scienza scenda per le strade, che diventi un paesaggio comune. Vogliamo che le persone possano esplorare l’astrofisica con divertimento, interesse, spirito critico e senza timori. La scienza è un’impresa collettiva guidata dalla curiosità e dalla passione: condividerla, per noi, aggiunge entusiasmo all’entusiasmo».

Ecco di seguito un’anticipazione di quelle che saranno, città per città, le iniziative dell’Inaf per la Notte europea dei ricercatori.

A Palermo

L’Osservatorio astronomico di Palermo e l’Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica dell’Inaf sono coinvolti nella manifestazione insieme all’Università di Palermo nell’ambito del progetto Sharper. La Notte dei ricercatori, che sarà uno degli eventi ufficiali del programma di Palermo Capitale Italiana della Cultura 2018, vedrà i ricercatori dei nostri istituti animare l’Orto botanico. Un’occasione unica per conoscere uno dei progetti di punta dell’Inaf, Astri, parlando con i ricercatori che contribuiscono alla sua realizzazione, partecipare a uno dei laboratori di astronomia per ragazzi e adulti curiosi dal titolo “Esploriamo l’Universo, dal sistema solare ai buchi neri”, o ascoltare gli interventi su esplosioni di supernove, origine degli elementi chimici, ricerca di pianeti extrasolari e radici cosmiche della vita nello spazio che i nostri ricercatori porteranno nell’Open Mic Time. Nella sezione Storytellers Night Show verrà presentata la conferenza “Il cosmo tra le note – appunti di un astronomo divulgatore”. Sarà inoltre possibile fare osservazioni ai telescopi.

A Catania

L’Osservatorio astrofisico di Catania dell’Inaf ha in programma almeno quattro eventi, sempre nell’ambito del progetto Sharper. Alla stazione metro Giovanni XXIII la direttrice dell’Osservatorio astrofisico di Catania, Grazia Maria Umana, sarà intervistata nel corso dello spettacolo “Le grandi sfide”, mentre in Piazza Università sarà possibile partecipare al seminario interattivo “Cosmo senza Misteri”. Altra fermata altra attività: nella sezione minitalk saranno protagoniste “Le meraviglie del cielo”, alla Stazione Milo. La sede dell’Osservatorio sarà inoltre aperta per permettere osservazioni guidate della fotosfera e della cromosfera del Sole, con l’iniziativa “Guarda che Sole”. Le attività a Catania proseguiranno anche il 29, con il gioco a premi “Quanto nei sai di Astronomia?”

A Napoli

Per le attività di “Aspettando la notte…”promosse dall’Osservatorio astronomico di Capodimonte dell’Inaf, il 22 e il 23 settembre, presso il teatrino di corte della Reggia di Caserta, verranno presentate due conferenze spettacolo sullo studio delle onde gravitazionali. Il 25 settembre, nel teatro di corte del Palazzo reale di Napoli, avrà invece luogo la conferenza pubblica dal titolo “Suoni e Luci per una nuova esplorazione dell’Universo”. A chiudere la mattinata gli astronomi di Capodimonte guideranno il pubblico e gli studenti alle osservazioni del Sole dal Cortile d’Onore del Palazzo reale. L’Inaf di Capodimonte sarà protagonista anche nel cuore dell’Europa, il 25 e 26 settembre, presso il Parlamentarium, il centro visitatori del Parlamento europeo a Bruxelles, per l’evento “Science is wonderful!”, promosso dalla Commissione Europea – Marie Curie Actions, con il corto animato Shedding lights on Photons!, alla scoperta dei segreti delle luci dell’universo.

Nella notte del 28 settembre, nella Galleria Umberto I, si svolgeranno laboratori didattici e giochi interattivi sulla spettroscopia e sul lensing gravitazionale. Inoltre, nel cortile d’Onore di Palazzo reale, con i corner patrocinati da Eso, Esa e Nasa-Psyche mission, i ricercatori Inaf di Capodimonte trasporteranno i visitatori alla scoperta dei risultati scientifici raggiunti con i più grandi telescopi al mondo e delle future missioni spaziali verso il Sole, Marte, Giove e Psyche, l’asteroide scoperto a Napoli da Annibale De Gasparis nel 1852. Infine, su piazza del Plebiscito gli astronomi partenopei guideranno la platea degli appassionati nelle osservazioni ai telescopi dei principali fenomeni celesti della serata.

A completare il programma, la mattina del 29 settembre gli astronomi di Capodimonte saranno a Città della Scienza per il passaggio di testimone tra la Notte europea dei ricercatori e Futuro Remoto, con laboratori didattici per bambini e per fare osservazioni astronomiche del Sole con lo smarthphone.

A Roma

L’Istituto di astrofisica e planetologia spaziali (Iaps) di Roma e l’Osservatorio astronomico di Roma dell’Inaf collaborano al progetto ScienzaInsieme, che aderisce a Ern-Apulia, il progetto coordinato dall’Università del Salento nell’ambito della Notte europea dei ricercatori. Venerdì 28, presso lo Iaps, sarà possibile visitare i laboratori di ricerca dove si costruiscono e testano gli strumenti spaziali che hanno volato e voleranno a bordo di missioni spaziali Nasa ed Esa. I riflettori verranno accesi sulla missione BepiColombo, in partenza per il pianeta Mercurio, ma anche su missioni storiche come Juno, Herschel, Integral, Dawn e Rosetta. Sarà inoltre possibile visitare exhibit, esperimenti e spettacoli su argomenti legati al Sistema solare, all’universo più profondo e all’esplorazione spaziale. L’appuntamento è all’Area di ricerca di Tor Vergata.

L’Osservatorio di Roma dell’Inaf sarà aperto alle visite, saranno presenti postazioni per effettuare osservazioni ai telescopi e un punto ristoro, per consentire ai visitatori di saziare mente e corpo. Saranno realizzate inoltre varie postazioni gestite dai tanti gruppi di ricerca che animano le attività dell’Osservatorio, per poter conoscere da vicino le tematiche astrofisiche che vengono trattate dall’Istituto e parlarne con i diretti protagonisti.

A Bologna

A Bologna, l’Inaf partecipa alla Notte dei ricercatori attraverso il consorzio Society: acronimo della risposta alla domanda “How do you spell ‘research’? Science, histOry, Culture, musIc, Environment, arT, technologY”. Society, per l’appunto. La Notte europea dei ricercatori arriva così a Bologna, Cesena, Forlì, Predappio, Ravenna e Rimini, per esplorare le possibili intersezioni tra scienza, cultura e società.

A Bologna la Notte dei ricercatori si svolge nel cuore della città universitaria, lungo via Zamboni e nei suoi palazzi. L’Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio e l’Istituto di radioastronomia dell’Inaf saranno presenti con exhibit, laboratori e planetario.

Numerosi sono anche gli eventi ‘di avvicinamento’ in vista del 28, come aperitivi scientifici, conferenze e interventi presso il Museo ebraico, il Mambo (Museo di Arte Moderna) e il teatro Arena del Sole.

A Milano

L’Osservatorio astronomico di Brera dell’Inaf ha in programma presso il Museo nazionale della scienza e della tecnologia “Leonardo da Vinci” di Milano laboratori sui temi delle onde gravitazionali, degli esopianeti e dell’esplorazione di Marte. Inoltre una ricercatrice Inaf parteciperà alla tavola rotonda sulla colonizzazione del Pianeta rosso, sempre al Museo Leonardo da Vinci. La sede di Merate sarà coinvolta nell’evento MeetMeTonight a Lecco, in piazza Garibaldi, con due laboratori sperimentali: uno sull’interferometria, per spiegare la rilevazione delle onde gravitazionali, l’altro sulla spettrometria, con la registrazione dello spettro di emissione di diverse sorgenti di luce per spiegare il comportamento delle stelle.

A Trieste

I ricercatori dell’Osservatorio astronomico di Trieste dell’Inaf porteranno il pubblico alla scoperta del cosmo: con il naso all’insù per guardare pianeti, stelle e costellazioni grazie a due telescopi da campo e un raggio laser. Si partirà dal Triangolo estivo per arrivare fino a Marte, il tutto dal Molo Audace. Palazzo della Borsa Vecchia sarà invece la cornice dell’evento “Vieni a sentire i racconti dei ricercatori!”, passione per la ricerca ed esperienze personali, difficoltà e ostacoli, piccole e grandi vittorie di uomini e donne che si dedicano alla scienza, in collaborazione con l’Università di Trieste, Sissa, Area Science Park, Icgeb, Elettra Sincrotrone Trieste, Ictp, Ogs, Museo civico di storia naturale.

Altri eventi sono previsti nelle sedi Inaf di Padova e Torino, le attività sono ancora in corso di definizione.

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