La nana bianca che pensava fosse una pulsar

Come fari che guidano i marinai sorpresi da una tempesta, le pulsar attraversano lo spazio con i loro potenti fasci di onde elettromagnetiche con incredibile regolarità. Queste stelle sono stelle di neutroni che ruotano rapidamente e sono alcuni degli oggetti più densi dell’universo. Ma le pulsar non sarebbero le uniche a emettere segnali elettromagnetici così periodici… Questo comportamento è già stato osservato in una stella cosiddetta “nana bianca”. Stranezza unica? NO ! Scoprendo una seconda nana bianca che si comporta come una pulsar, Ingrid Pelisoleli dell’Università di Warwick nel Regno Unito e i suoi collaboratori hanno formalmente dimostrato l’esistenza di una nuova classe di oggetti stellari.

Quando una stella con una massa inferiore a otto volte quella del Sole consuma tutto il suo combustibile nucleare, il suo nucleo non riesce più a sostenere il suo peso e collassa su se stesso. D’altro canto, gli strati esterni della stella si gonfiano e si espandono gradualmente nello spazio, lasciando dietro di sé solo ciò che resta della protostella: la nana bianca.

Le nane bianche sono i fossili stellari più comuni nell’universo. Tuttavia, per scoprire AR Scorpii, la prima stella nana bianca, ci volle fino al 2016. Prima di AR Scorpii, le uniche pulsar conosciute erano stelle di neutroni, i resti di stelle più grandi. Poiché ruotano così velocemente, le stelle di neutroni hanno un intenso campo magnetico, che provoca l’espulsione di raggi di radiazione dai poli magnetici. La rotazione della stella fa sì che il raggio attraversi lo spazio, creando l’illusione di un segnale periodico.

Ma le nane bianche hanno periodi di rotazione molto più lenti, dell’ordine dei giorni. La velocità non è sufficiente per generare un campo magnetico per effetto della dinamo. Come possono le nane bianche emettere un segnale periodico, come quello delle pulsar?

Per scoprirlo, Ingrid Bellesoli e i suoi colleghi hanno cercato altri oggetti, utilizzando ULTRACAM, uno strumento dell’ESO (European Southern Observatory) in grado di rilevare rapidi cambiamenti di luminosità a diverse lunghezze d’onda. Dopo aver osservato dozzine di nane bianche candidate, gli astrofisici ne hanno finalmente individuata una a 773 anni luce dalla Terra, denominata J1912−4410, i cui contrasti di luminosità corrispondevano a quelli di AR Scorpii. Una campagna di follow-up con altri telescopi ha recentemente rivelato che ogni cinque minuti questa nana bianca invia un segnale in onde radio e raggi X nella nostra direzione. Quindi J1912−4410 è una stella nana bianca.

Per raggiungere velocità di rotazione sufficientemente elevate da comportarsi come una pulsar, queste nane bianche interagiscono con un’altra stella, in questo caso una nana rossa, strappandole materiale. Cadendo sulla nana bianca, questa materia apporta energia sufficiente per accelerare la sua rotazione. Durante i miliardi di anni durante i quali avviene questa accelerazione, il nucleo della nana bianca, un plasma di carbonio e ossigeno, si raffredda fino al punto di cristallizzazione. Questo nucleo solido viene poi ricoperto da un mantello costituito da particelle cariche. Poiché la nana bianca ruota più velocemente, le particelle nel mantello finiscono per essere accelerate abbastanza da produrre un forte campo magnetico tramite l’effetto dinamo.

Tuttavia, i raggi delle nane bianche sono di natura diversa da quelli delle stelle di neutroni, e il meccanismo dietro di loro rimane indeterminato. “Ci sono molte teorie che cercano di spiegare l’origine degli impulsi”, dice Ingrid Bellesoli. Potrebbero essere il risultato dell’interazione del campo magnetico con le particelle superficiali della nana bianca o della nana rossa. “Per prendere una decisione sono necessari più dati”, continua il ricercatore. In entrambi i casi, però, è il campo magnetico della nana bianca a fornire energia alle particelle, energia che queste riemettono poi sotto forma di radiazione, dando origine ai caratteristici fasci delle pulsar.