Il cielo non è popolato solo da astri luminosi, ma anche da mostri celesti che cannibalizzano compagni binari. Uno di essi è la vedova nera: proprio come l’aracnide da cui prende il nome, questo tipo di stella di neutroni si muove velocissima eseguendo un’orbita completa in un millisecondo e strappando la materia a una stella binaria più piccola. Sono oggetti tanto affascinanti quanto difficili da individuare e da studiare.

Uno studio recente di un gruppo di ricercatori guidato dal dottor Wang Shuangqiang dell’Osservatorio Astronomico di Xinjiang (XAO) dell’Accademia cinese delle scienze, ha preso in considerazione la vedova nera PSR J1720- 0533. Essa fa parte di un sistema stellare scoperto dalla Commensal Radio Astronommy Fast Survey (Crafts). Osservandola con FAST, il più grande radiotelescopio a disco singolo al mondo, durante le eclissi rispetto alla compagna binaria, gli scienziati hanno scoperto il fenomeno del plasma lensing, un effetto simile alla lente gravitazionale causato dalla presenza di materia calda durante il “pranzo” della vedova nera che cannibalizza la sua compagna binaria.

Sistemi stellari con vedova nera: perché studiarli?

I sistemi stellari caratterizzati dalla presenza di una vedova nera, definiti black widow pulsar in inglese, sono particolarmente interessanti da studiare. Infatti le emissioni luminose periodiche, detti pulses, impulsi, corrispondono ai momenti in cui c’è trasferimento di massa dalla stella più piccola alla vorace vedova nera. Si tratta di modulazioni quasi periodiche che nel caso di PSR J1720- 0533 sono di circa 22 secondi.

Il plasma lensing: simile ma non uguale alla lente gravitazionale

In una black widow pulsar la materia strappata dalla superficie della stella più piccola eclissa il segnale radio quando la compagna passa davanti alla pulsar nella sua orbita. I ricercatori ipotizzano che le modulazioni prodotte siano dovute al fenomeno di plasma lensing, una “lente al plasma”. Simile alle lenti gravitazionali, ma non propriamente uguale.

Una lente gravitazionale tradizionale è costituita da una certa distribuzione di massa che devia la luce proveniente da una sorgente lontana, ne deforma il percorso e quindi spesso impedisce agli osservatori sulla Terra di vedere direttamente la sorgente. Altre volte, invece, ne osserviamo immagini moltiplicate.

Una lente al plasma si basa sullo stesso meccanismo, ma alcuni aspetti sono leggermente diversi. Innanzitutto il responsabile del lensing sarebbe il plasma, ovvero la materia calda strappata dalla pulsar vedova nera alla stella più piccola e ora presente nel mezzo interstellare. Inoltre, questo plasma provocherebbe una dispersione delle onde radio provenienti dalla sorgente. La dispersione è un ritardo del tempo di arrivo dei singoli impulsi della pulsar a diverse frequenze, qualcosa che non si osserva con le normali lenti gravitazionali. Tenendo conto di questo fattore e misurando altri parametri è possibile settare il radiotelescopio per osservare direttamente la sorgente.

Nel caso di PSR J1720- 0533, analizzando il comportamento della luce nel corso dell’eclissi i ricercatori hanno concluso che l’ingrandimento massimo dato dal fenomeno è pari a 1.6. Ciò corrisponde a una dimensione della lente di decine di chilometri.

La polarizzazione indica un intenso campo magnetico

Nell’osservare PSR J1720- 0533 i ricercatori hanno notato che un massimo di emissione luminosa del sistema è stato simultaneo a un’eclissi. Questo ha consentito misurazioni precise delle variazioni di densità di flusso, della dispersione e della polarizzazione.

In particolar modo, esaminando i profili di polarizzazione in corrispondenza dell’eclissi di PSR J1720-0533 gli scienziati hanno scoperto che la polarizzazione lineare scompare prima che la misurazione della dispersione mostri cambiamenti significativi. Questo fornisce una forte evidenza della presenza di un campo magnetico significativo nella stella compagna. Campo magnetico che probabilmente, ma questo sarà confermato da studi futuri, gioca un ruolo particolarmente importante durante l’eclissi della vedova nera.

La vedova nera distrugge la compagna entro mille anni

Secondo le stime degli scienziati, il tasso di perdita di massa indotto dalla vedova nera PSR J1720-0533 sulla compagna binaria sarebbe di circa 10-12 masse solari all’anno. Questo significa che mediamente tale stella verrebbe completamente distrutta entro 1010 anni. Un risultato sorprendente, che invita a studiare altri sistemi simili a questo. Innanzitutto per poter conoscere meglio il fenomeno del plasma lensing; e in secondo luogo, per poter comprendere il comportamento fuori dagli schemi di compatti ma voraci mostri celesti come le vedove nere.

Lo studio completo, pubblicato su The Astrophysical Journal, è disponibile qui.

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