Meno di un anno dopo il lancio, le osservazioni di una stella di neutroni da parte dell’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) di NASA e ASI hanno portato alla conferma di ciò che gli scienziati avevano solo teorizzato in precedenza: le stelle di tipo magnetar hanno campi magnetici ultra forti e sono altamente polarizzate.

È Roberto Taverna, ricercatore dell’Università di Padova, ad aver guidato la ricerca che vede come protagonista la magnetar 4U 0142+61, situata nella costellazione di Cassiopea, a circa 13.000 anni luce dalla Terra.

Le magnetar sono stelle di neutroni con campi magnetici trilioni di volte più potenti di quelli della Terra. Questa loro caratteristica alimenta l’emissione di radiazioni elettromagnetiche altamente energetiche, in particolare raggi X e raggi gamma. Le magnetar che sono state confermate fino a questo momento sono circa 30. Alcune di loro possono essere viste solo durante periodi di alta attività.

Polarizzazione dipendente dall’energia

Questa è la prima volta che la radiazione X osservata da una magnetar appare polarizzata. La polarizzazione è una proprietà della luce e dei campi elettrici e magnetici che la costituiscono. Ogni atomo di luce produce un’onda elettromagnetica, le cui due componenti di campo sono perpendicolari. Questi campi oscillano perpendicolarmente rispetto alla direzione di propagazione della luce, definendo il piano polarizzatore (quello su cui giace il vettore campo elettrico). Se l’inclinazione del piano polarizzatore è lo stesso per tutti gli atomi di un fascio di luce, esso sarà detto polarizzato.

Analizzando i dati relativi alla magnetar 4U 0142+61, gli astronomi hanno anche osservato che la sua luce è polarizzata. Ciò è stato possibile solo grazie alle prestazioni di IXPE. E non è tutto qui: i risultati delle osservazioni con il satellite suggeriscono anche che l’angolo di polarizzazione dipende dall’energia delle particelle di luce. Martin Weisskopf, scienziato emerito della NASA che ha guidato il team IXPE dall’inizio della missione fino alla primavera del 2022, ha affermato:

Sulla base delle attuali teorie per le magnetar, ci aspettavamo di rilevare la polarizzazione. Ma nessuno prevedeva che sarebbe dipesa dall’energia, come stiamo vedendo in questa magnetar.

Nel video seguente viene mostrata la posizione della magnetar 4U 0142+61 nella costellazione di Cassiopea, a circa 13.000 anni luce dalla Terra. Credits: Roberto Taverna

Proprio grazie alla misura del grado di polarizzazione dei raggi X, gli astronomi hanno scoperto che la stella di neutroni probabilmente ha una superficie solida e non ha atmosfera. Tale configurazione infatti, genererebbe un ulteriore cambiamento del grado di polarizzazione. Questa è la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di concludere in modo affidabile che una stella di neutroni ha una crosta solida nuda. “Abbiamo scoperto che l’angolo di polarizzazione oscilla esattamente di 90 gradi, seguendo ciò che i modelli teorici predirebbero se la stella avesse una crosta solida circondata da una magnetosfera esterna piena di correnti elettriche” ha affermato Roberto Taverna.

IXPE e le magnetar

La polarizzazione a basse energie misurata da IXPE indica inoltre che il campo magnetico è così potente che avrebbe potuto rendere l’atmosfera attorno alla stella di neutroni solida o liquida. Questo è un fenomeno noto come condensazione magnetica, ha affermato il presidente del gruppo di ricerca sulle magnetar dell’IXPE, Roberto Turolla, dell’Università di Padova e University College London.

Grazie a questi risultati, gli astrofisici sono ora in grado di verificare il grado di polarizzazione e il suo angolo di posizione durante il test dei parametri dei modelli di emissione di raggi X. Sarà inoltre possibile comprendere meglio la fisica di oggetti estremi come magnetar e buchi neri. “IXPE viene utilizzato per studiare un’ampia gamma di sorgenti di raggi X estremi e stanno arrivando molti risultati entusiasmanti” ha affermato Fabio Muleri, IXPE Italian Project Scientist dell’INAF-Institute for Space Astrofisica e Planetologia a Roma. “IXPE ha dimostrato che la polarimetria dei raggi X è importante e rilevante per approfondire la nostra comprensione di come funzionano questi affascinanti sistemi a raggi X. Le missioni future dovranno essere consapevoli di questo fatto.”

Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, è disponibile a questo link.

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