IXPE fa luce sui meccanismi di accelerazione di particelle in una “pulsar wind nebula”

• Una nuova immagine del telescopio a raggi X IXPE di NASA/ASI ha permesso di studiare la “pulsar wind nebula” Vela, un vento caotico di particelle attorno alla stella pulsar Vela.
• A partire dai dati IXPE, i ricercatori hanno scoperto che la pulsar wind nebula Vela ha un elevato grado di polarizzazione, ovvero campi magnetici ben ordinati.
• Questa scoperta suggerisce che ci siano in corso processi differenti di accelerazione delle particelle cariche, rispetto ad altri casi di sorgenti estreme simili.

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Circa 10.000 anni fa, la luce emessa dall’esplosione di una stella gigante appartenente alla costellazione della Vela ha raggiunto la Terra. La supernova nascondeva al suo interno una stella molto densa, una pulsar, circondata da una pulsar wind nebula, un vento caotico di particelle cariche che interagiscono con il gas circostante.

Utilizzando i dati raccolti dall’osservatorio spaziale Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE) di NASA/ASI, un team internazionale di ricercatori ha prodotto ora una nuova immagine di questo fenomeno cosmico. Lo scatto permette di comprendere i meccanismi di accelerazione delle particelle che avvengono all’interno di un oggetto cosmico estremo come una pulsar.

Pulsar e pulsar wind nebulae

Le pulsar sono una classe specifica di stelle di neutroni, e rappresentano lo stato finale della vita di stelle molto massicce. In particolare, questi oggetti sono molto compatti e sono caratterizzati da alte velocità di rotazione ed elevati campi magnetici. La combinazione di queste due caratteristiche determina un’emissione di radiazione “pulsata”.

Questo flusso in uscita dalla stella interagisce con il materiale circostante, generando una pulsar wind nebula. Le particelle prodotte dalle pulsar rimangono confinate all’interno di questa regione per un determinato periodo di tempo e, successivamente, vengono rilasciate nel mezzo interstellare. In particolare, in questo studio viene presa in esame la pulsar Vela, situata a circa 1000 anni luce dalla Terra, che ha un diametro di circa 25 chilometri e ruota 11 volte al secondo.

In questa nuova immagine, ottenuta analizzando i dati raccolti da IXPE, è possibile osservare un alone azzurro, corrispondente ai dati di polarizzazione dei raggi X per la pulsar Vela. La debole linea blu sfocata che punta all’angolo superiore destro corrisponde a un getto di particelle ad alta energia che si sprigiona dalla sorgente. Invece, gli archi rosa di raggi X dovrebbero segnare i bordi delle regioni a forma di ciambella in cui il vento della pulsar accelera le particelle.

Qui sotto, invece, vediamo un grafico ottenuto con dati IXPE e tratto dall’articolo dedicato alla ricerca.

L’importanza di un’elevata polarizzazione

La misura della polarizzazione ha a che fare con l’organizzazione delle onde elettromagnetiche, e fornisce importanti informazioni su come le pulsar riescono ad accelerare le particelle cariche ad alta velocità. “Con IXPE, stiamo usando Vela e altri oggetti estremi come laboratorio per indagare su alcune delle domande più urgenti dell’astrofisica. Ad esempio, come le particelle vengono accelerate molto tempo dopo l’esplosione di una stella” ha dichiarato Phil Kaaret, scienziato al Marshall Space Flight Center.

I ricercatori sono rimasti sorpresi dall’elevato grado di polarizzazione riscontrato nei raggi X della pulsar wind nebula Vela. Un’alta polarizzazione indica che i campi magnetici sono ben organizzati, ossia sono allineati in direzioni specifiche. Inoltre, questa caratteristica “suggerisce che gli elettroni non sono accelerati dalle onde d’urto che sembrano importanti in altre particolari sorgenti di raggi X” afferma Roger W. Romani, astrofisico di Stanford. Al contrario, deve essere coinvolto qualche altro processo.

“Questa misura di polarizzazione di IXPE aggiunge un tassello mancante al puzzle della pulsar wind nebula Vela”, dice Alessandro Di Marco, ricercatore dell’INAF/IAPS di Roma che ha contribuito all’analisi dati di IXPE. “Mappando con una risoluzione senza precedenti, IXPE svela il campo magnetico nella regione centrale. Mostra un accordo con i risultati ottenuti dalle immagini in banda radio della nebulosa più esterna”.

Qui è possibile leggere l’abstract dello studio, pubblicato a dicembre 2022.