Vulcano

HOUSTON, TX - Il 5 ottobre 2020, il cadavere in rapida rotazione di una stella morta da tempo a circa 30.000 anni luce dalla Terra ha cambiato velocità. In un istante cosmico, la sua rotazione rallentò. E pochi giorni dopo, ha iniziato improvvisamente a emettere onde radio.

Grazie a misurazioni tempestive effettuate da telescopi orbitanti specializzati, l'astrofisico della Rice University Matthew Baring e colleghi sono stati in grado di testare una nuova teoria su una possibile causa del raro rallentamento, o "anti-glitch", di SGR 1935+2154, un tipo di pianeta altamente magnetico. stella di neutroni detta magnetar.

In uno studio pubblicato in Nature Astronomy, Baring e coautori hanno utilizzato i dati dei raggi X della missione XMM-Newton a raggi X dell'Agenzia spaziale europea e del Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) della NASA per analizzare la rotazione della magnetar. Hanno dimostrato che l’improvviso rallentamento potrebbe essere stato causato da una rottura simile a un vulcano sulla superficie della stella che ha emesso un “vento” di particelle massicce nello spazio. La ricerca ha identificato come un tale vento potrebbe alterare i campi magnetici della stella, creando condizioni che potrebbero accendere le emissioni radio che sono state successivamente misurate dal telescopio sferico ad apertura di cinquecento metri (FAST) cinese.

"La gente ha ipotizzato che le stelle di neutroni potrebbero avere l'equivalente dei vulcani sulla loro superficie", ha detto Baring, professore di fisica e astronomia. "I nostri risultati suggeriscono che potrebbe essere così e che in questa occasione la rottura è avvenuta molto probabilmente in corrispondenza o vicino al polo magnetico della stella."

SGR 1935+2154 e altre magnetar sono un tipo di stella di neutroni, i resti compatti di una stella morta collassata sotto l'intensa gravità. Larghe circa una dozzina di miglia e dense come il nucleo di un atomo, le magnetar ruotano una volta ogni pochi secondi e presentano i campi magnetici più intensi dell'universo.

Le magnetar emettono radiazioni intense, inclusi raggi X e occasionalmente onde radio e raggi gamma. Gli astronomi possono decifrare molto sulle stelle insolite da quelle emissioni. Contando gli impulsi dei raggi X, ad esempio, i fisici possono calcolare il periodo di rotazione di una magnetar, o la quantità di tempo necessaria per compiere una rotazione completa, come fa la Terra in un giorno. I periodi di rotazione delle magnetar cambiano tipicamente lentamente, impiegando decine di migliaia di anni per rallentare di una singola rotazione al secondo.

I glitch sono bruschi aumenti della velocità di rotazione che sono spesso causati da spostamenti improvvisi nelle profondità della stella, ha detto Baring.

"Nella maggior parte dei problemi, il periodo di pulsazione si accorcia, il che significa che la stella gira un po' più velocemente di prima", ha detto. "La spiegazione da libro di testo è che nel tempo, gli strati esterni e magnetizzati della stella rallentano, ma il nucleo interno, non magnetizzato, no. Ciò porta ad un accumulo di stress al confine tra queste due regioni, e un problema tecnico segnala un improvviso trasferimento di energia rotazionale dal nucleo che ruota più velocemente alla crosta che ruota più lentamente."

I bruschi rallentamenti rotazionali delle magnetar sono molto rari. Gli astronomi hanno registrato solo tre degli “anti-glitch”, compreso l’evento dell’ottobre 2020.

Mentre i glitch possono essere normalmente spiegati dai cambiamenti all’interno della stella, gli anti-glitch probabilmente non possono farlo. La teoria di Baring si basa sul presupposto che essi siano causati da cambiamenti sulla superficie della stella e nello spazio attorno ad essa. Nel nuovo articolo, lui e i suoi coautori hanno costruito un modello del vento guidato dal vulcano per spiegare i risultati misurati dall’anti-glitch dell’ottobre 2020.

Baring ha affermato che il modello utilizza solo la fisica standard, in particolare i cambiamenti nel momento angolare e la conservazione dell’energia, per tenere conto del rallentamento rotazionale.

"Un forte e massiccio vento di particelle emanato dalla stella per alcune ore potrebbe creare le condizioni per il calo del periodo di rotazione", ha detto. "I nostri calcoli hanno mostrato che un tale vento avrebbe anche il potere di cambiare la geometria del campo magnetico all'esterno della stella di neutroni."

La rottura potrebbe essere una formazione simile a un vulcano, perché "le proprietà generali della pulsazione dei raggi X richiedono probabilmente che il vento venga lanciato da una regione localizzata sulla superficie", ha detto.