Eclissi di raggi gamma rilevate da Fermi in un sistema “ragno”

• Utilizzando il telescopio spaziale Fermi sono state misurate le eclissi di raggi gamma in sette diversi sistemi “ragno”.
• I sistemi ragno sono costituiti da una pulsar, che emette radiazione molto energetica mentre erode una compagna binaria più piccola.
• Uno dei sistemi scoperti con Fermi contiene una pulsar ultradensa con una massa di sole 1,8 masse solari.

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Alcuni particolari sistemi stellari sono detti sistemi “ragno”. Contengono una pulsar, un resto superdenso e in rapida rotazione di una stella esplosa in una supernova, che sta lentamente erodendo la sua compagna.

Utilizzando il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA, i ricercatori hanno scoperto le prime eclissi di raggi gamma in sette diversi sistemi ragno. Questo tipo di eclissi si verificano quando la stella compagna, di piccola massa, si frappone fra la pulsar e il telescopio.

I dati di Fermi hanno permesso di calcolare l’inclinazione di questi particolari sistemi rispetto alla nostra line-of-sight, o linea di vista. Uno degli obiettivi più importanti degli scienziati, nello studiare questi particolari sistemi stellari, è quello di cercare di misurare la massa delle pulsar. Esse infatti sono ambienti estremi, costituite da materia ad altissima densità che ne limita la fisica all’interno.

I sistemi “ragno”

I sistemi ragno si sviluppano quando una stella in un sistema binario si evolve molto più rapidamente della sua compagna. Quando questa, che nel frattempo è molto più massiccia, esplode in supernova, lascia dietro di sé una pulsar. Questo residuo stellare emette fasci di luce a più lunghezze d’onda, compresi i raggi gamma molto energetici. A causa della rapida rotazione della stella, noi (o i nostri telescopi) visualizziamo i fasci di radiazione come impulsi molto regolari.

All’inizio, una pulsar “ragno” si nutre della compagna stellare risucchiando gas dai suoi strati più esterni. Durante l’evoluzione del sistema, l’alimentazione della pulsar si interrompe quando la sua rotazione si fa talmente rapida da generare dei deflussi di radiazione ad alta energia, che surriscaldano il lato rivolto verso la compagna e lo erodono. A questo punto:

• Se la compagna stellare che viene erosa ha meno del 5% la massa del nostro Sole, la pulsar viene detta vedova nera. In questo caso, il sistema ragno è un black widow system.
• Quando invece la stella piccola ha una massa tra il 10% e il 50% di quella solare, la pulsar è soprannominata redback, e i sistemi redback system.

Le eclissi di raggi gamma

I raggi gamma generati dalla pulsar nei sistemi ragno hanno così tanta energia da viaggiare in linea retta, senza essere influenzati dai detriti stellari della compagna che viene erosa. Questo significa che quando il segnale di radiazione gamma scompare dal set di dati riguardante un sistema ragno, è possibile dedurre che è avvenuta un’eclissi da parte della compagna.

A partire da questa considerazione, i ricercatori possono calcolare:

1. L’inclinazione del sistema rispetto alla linea di vista.
2. La massa della pulsar (misurando i suoi movimenti orbitali).
3. La velocità delle due stelle.

Dai dati di Fermi per uno dei sistemi ragno individuati, i ricercatori hanno trovato 15 fotoni di raggi gamma mancanti. La tempistica degli impulsi è così precisa che 15 fotoni mancanti in un decennio di catalogazione sono abbastanza significativi da consentire al team di determinare che il sistema si stava eclissando. Hanno quindi calcolato che la stella di piccola massa è inclinata di 84 gradi rispetto a noi, e che la pulsar pesa solo 1,8 volte il Sole.

Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, è disponibile qui.