I ricercatori hanno in programma di espandere le loro simulazioni per avvicinarsi alla fisica del mondo reale di una pulsar e studiare ulteriormente come funziona il processo
Per più di mezzo secolo, la causa dei raggi delle onde radio emessi dalle pulsar ha confuso gli scienziati. Ora, un team di ricercatori sembra aver finalmente identificato il meccanismo responsabile dell’intenso bagliore delle pulsar. La proposta di un team di ricercatori inizia con i forti campi elettrici della pulsar, che estraggono gli elettroni dalla superficie della stella e li accelerano a energie estreme.
Gli elettroni accelerati alla fine iniziano a emettere raggi gamma ad alta energia. Questi raggi gamma, quando assorbiti dal campo magnetico ultra-forte della pulsar, producono un diluvio di elettroni aggiuntivi e le loro controparti di antimateria, i positroni. Le nuove particelle cariche attutiscono i campi elettrici, facendoli oscillare. I campi elettrici oscillanti in presenza dei potenti campi magnetici della pulsar producono onde elettromagnetiche che fuoriescono nello spazio.
Utilizzando simulazioni al plasma, i ricercatori hanno scoperto che queste onde elettromagnetiche coincidono con le onde radio osservate dalle pulsar. “Il processo è molto simile al fulmine“, ha dichiarato Alexander Philippov, del Center for Computational Astrophysics presso il Flatiron Institute e autore principale dello studio. “Dal nulla, abbiamo una scarica potente che produce una nuvola di elettroni e positroni e, come un bagliore, ci sono onde elettromagnetiche“.
Le pulsar sono stelle di neutroni, i resti densi e altamente magnetizzati delle stelle che collassano. A differenza di altre stelle di neutroni, le pulsar ruotano a rotta di collo – alcune ruotano più di 700 volte al secondo. Questa rotazione genera potenti campi elettrici.
Ai due poli magnetici di una pulsar, i raggi continui di onde radio esplodono nello spazio. Queste trasmissioni radio sono speciali perché sono coerenti, il che significa che le particelle che le creano si muovono insieme. Mentre la pulsar ruota, i raggi si diffondono in cerchi nel cielo. Dalla Terra, le pulsar sembrano lampeggiare quando i raggi entrano e escono dalla linea di vista. Questo momento è così preciso da competere con la precisione degli orologi atomici.
Per decenni, gli astronomi hanno meditato sulle origini di questi fasci di luce, ma non sono stati in grado di trovare una spiegazione fattibile. Philippov, Timokhin e Spitkovsky hanno adottato un nuovo approccio al problema, creando simulazioni 2D del plasma attorno ai poli magnetici di una pulsar.
Le simulazioni riproducono come i campi elettrici di una pulsar accelerano le particelle cariche. Questa accelerazione produce fotoni ad alta energia che interagiscono con l’intenso campo magnetico della pulsar per produrre coppie elettrone-prositrone, che sono accelerate dai campi elettrici e creano ancora più fotoni.
Le coppie creano i propri campi elettrici opposti e inumidiscono il campo elettrico iniziale. Alla fine, il campo elettrico originale diventa così debole che raggiunge lo zero e inizia a oscillare tra valori negativi e positivi. Questo campo elettrico oscillante, se non è esattamente allineato con il forte campo magnetico della pulsar, produce radiazione elettromagnetica.
“Comprendendo come avviene la trasmissione, si spera che possiamo anche produrre un modello degli errori nell’orologio pulsar che può essere utilizzato per migliorare le disposizioni di sincronizzazione temporale“, ha affermato Philippov.
Inoltre, una comprensione così profonda potrebbe aiutare a risolvere la misteriosa fonte di esplosioni periodiche di onde radio, note come esplosioni radio rapide.
I ricercatori hanno in programma di espandere le loro simulazioni per avvicinarsi alla fisica del mondo reale di una pulsar e studiare ulteriormente come funziona il processo. Philippov spera che il lavoro migliorerà la ricerca basata sull’osservazione accurata del momento in cui le emissioni di pulsar raggiungono la Terra.
Questa scoperta, i cui risultati sono stati pubblicati questa settimana sulla rivista scientifica Physical Review Letters, può aiutare i progetti che dipendono dalla tempistica delle emissioni pulsar, come gli studi sulle onde gravitazionali.
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