Nuova magnetar cambierà tutto quello che sappiamo sulle stelle di neutroni

Un team internazionale guidato da astronomi del nodo Curtin University dell’International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) ha scoperto un nuovo tipo di oggetto stellare che sfida tutto quello che pensavamo sulle stelle di neutroni. Si tratta infatti di una magnetar, una stella di neutroni con campi magnetici estremamente forti, che emette potenti esplosioni di energia ogni 22 minuti. Prima di aver osservato questa stella, tutte le magnetar conosciute rilasciavano energia a intervalli che andavano da pochi secondi a pochi minuti. Questa nuova stella porterà a ridefinire tutto quello che pensavamo sulle stelle di neutroni.

Le stelle di neutroni

Cosa si intende quando parliamo di stelle di neutroni? Una stella di neutroni è una stella compatta formata da materia degenere, cioè è principalmente costituita da neutroni mantenuti insieme dalla forza di gravità. È un corpo celeste massiccio di piccole dimensioni ma avente altissima densità, e massa generalmente compresa tra le 1.4 e le 3 masse solari, con la più grande mai osservata a 2,1 masse solari.

Viene chiamata “stella degenere”, perché è considerata il risultato del collasso gravitazionale del nucleo di una stella massiccia, che segue la fine delle reazioni di fusione nucleare per l’esaurimento degli elementi leggeri al suo interno. Rappresenta pertanto l’ultimo stadio di vita di stelle con massa molto grande.

Le stelle di neutroni prendono il nome dalle particelle da cui sono principalmente composte. I neutroni sono costituenti del nucleo atomico e sono chiamati così in quanto elettricamente neutri. L’immensa forza gravitazionale che si ha a fine vita di una stella, schiaccia i nuclei atomici fra loro portando a contatto le particelle subatomiche, fondendo gli elettroni con i protoni e trasformandoli in neutroni.

La materia che forma le stelle di neutroni è diversa dalla materia ordinaria, e non ancora del tutto compresa. Per questo gli astronomi stanno cercando di osservarne il più possibile per trovare delle spiegazioni ai tanti quesiti che ci presentano.

Le magnetar

La stella osservata è una tipologia particolare di stella di neutroni, una magnetar. Il nome magnetar deriva da una contrazione dei termini inglesi magnetic star, letteralmente “stella magnetica”. Si tratta di una stella che possiede un enorme campo magnetico, miliardi di volte quello terrestre. Il decadimento di queste stelle genera intense ed abbondanti emissioni elettromagnetiche che vengono osservate anche da terra.

Queste emissioni sono molto intense e si presentano a intervalli molto veloci, da qualche secondo a pochi minuti. L’alta intensità delle emissioni porta le magnetar ad avere una vita breve, risultando molto difficili da essere osservate dagli astronomi.

La nuova magnetar: stella di neutroni GPM J1839-10

Gli astronomi hanno scoperto l’oggetto utilizzando il Murchison Widefield Array (MWA), un radiotelescopio situato nel Wajarri Yamaji Country, nell’Australia occidentale. L’autrice principale, la dottoressa Natasha Hurley-Walker, ha dichiarato che la magnetar, denominata GPM J1839-10, si trova a 15.000 anni luce dalla Terra nella costellazione dello Scutum.

Questo straordinario oggetto sfida la nostra comprensione delle stelle di neutroni e delle magnetar, che sono alcuni degli oggetti più esotici ed estremi dell’universo.

Dottoressa Natasha Hurley-Walke

Inizialmente, gli scienziati non riuscivano a spiegare cosa avessero trovato. Nel gennaio 2022 hanno pubblicato su Nature un articolo che descriveva un enigmatico oggetto transitorio che appariva e scompariva a intermittenza, emettendo potenti fasci di energia tre volte all’ora.

Tra luglio e settembre 2022, il team ha scrutato il cielo utilizzando il telescopio MWA. Ben presto hanno trovato l’oggetto che stavano cercando: la magnetar. Emette esplosioni di energia che durano fino a cinque minuti, cinque volte più a lungo delle altre stelle osservate.

La conferma delle osservazioni sulla nuova magnetar

Altri telescopi hanno seguito la scoperta per confermarla e per saperne di più sulle caratteristiche uniche dell’oggetto. Tra questi, tre radiotelescopi del CSIRO in Australia, il radiotelescopio MeerKAT in Sudafrica, il telescopio Grantecan (GTC) da 10 metri e il telescopio spaziale XMM-Newton. Armato delle coordinate celesti e delle caratteristiche della magnetar osservata, il team ha iniziato a cercare negli archivi osservativi dei principali radiotelescopi del mondo.

Si è scoperto che l’oggetto era apparso nelle osservazioni del Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) in India, e il Very Large Array (VLA) negli Stati Uniti che risalivano al 1988. Per 33 anni l’oggetto è stato ignorato, forse perché i ricercatori non si aspettavano di trovare qualcosa di simile.

Magnetar e onde radio

Ricostruzione artistica di una magnetar fatta da Carl Knox/OzGrav.

Non tutti i magnetar producono onde radio. Alcune esistono al di sotto della “linea della morte”, una soglia critica in cui il campo magnetico di una stella diventa troppo debole per generare emissioni ad alta energia.

L’oggetto scoperto ruota troppo lentamente per produrre onde radio, si trova quindi al di sotto della linea della morte.

Supponendo che si tratti di una magnetar, non dovrebbe essere possibile per questo oggetto produrre onde radio. Ma noi le vediamo. E non stiamo parlando solo di una piccola emissione radio.

Ogni 22 minuti emette un impulso di cinque minuti di energia di lunghezza d’onda radio, e lo fa da almeno 33 anni. Qualunque sia il meccanismo alla base di questo fenomeno è straordinario.

Dottoressa Natasha Hurley-Walker

Le prossime ricerche

La scoperta ha importanti implicazioni per la nostra comprensione della fisica delle stelle di neutroni e del comportamento dei campi magnetici in ambienti estremi.

Inoltre, solleva nuove domande sulla formazione e l’evoluzione delle magnetar e potrebbe far luce sull’origine di fenomeni misteriosi che riguardano le stelle di neutroni.

Il team di ricerca ha in programma di condurre ulteriori osservazioni della magnetar per conoscere meglio le sue proprietà e il suo comportamento. E sperano di scoprire altri oggetti enigmatici in futuro, per determinare se si tratta effettivamente di magnetar a periodo ultra-lungo o di qualcosa di ancora più fenomenale.