Una pulsar millisecondo e una nana bianca giovanissima, osservate in una fase evolutiva estremamente rara. È questo il sistema binario NGC 362D, che offre agli astronomi una sorta di fotografia dell’istante successivo a milioni di anni di scambio di materia tra 2 stelle. La scoperta, frutto di una collaborazione internazionale guidata dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dall’Alma Mater Studiorum Università di Bologna, è stata pubblicata su Astronomy & Astrophysics Letters. Il sistema è stato individuato grazie alle osservazioni radio del radiotelescopio MeerKAT, in Sudafrica, nell’ambito del progetto TRAPUM (TRAnsients and PUlsars with MeerKAT).
I dati raccolti hanno consentito di caratterizzare con grande precisione la pulsar e la sua orbita, determinandone anche la posizione. Questo ha permesso ai ricercatori di andare a caccia della debole compagna nelle immagini d’archivio del telescopio spaziale Hubble. Le osservazioni di Hubble, effettuate tra il 2006 e il 2016 attraverso nove diversi filtri, dall’ultravioletto al vicino infrarosso, hanno portato all’identificazione della compagna. Il confronto dei dati con i modelli di evoluzione stellare ha quindi permesso di ricostruirne le caratteristiche e la storia.
Una nana bianca ancora all’inizio della sua vita
Il primo primato riguarda proprio la compagna della pulsar: si tratta della più giovane nana bianca mai identificata in un sistema binario con una pulsar millisecondo. Più precisamente, gli astronomi hanno osservato una proto-nana bianca di elio con una massa di appena 0,18 masse solari. La stella non è ancora arrivata alla fase di completo raffreddamento tipica delle nane bianche, ma si trova in una fase precedente della propria evoluzione. Il trasferimento di materia dalla stella compagna alla stella di neutroni si sarebbe concluso circa 600 milioni di anni fa. Su scala astronomica si tratta di un intervallo relativamente breve: la compagna conserva quindi ancora le caratteristiche di una stella che sta attraversando le prime fasi della propria trasformazione in nana bianca.
“Quello che rende questo sistema particolarmente interessante è la possibilità di osservarlo in una fase molto precoce della sua evoluzione”, spiega Greta Ettorre, prima autrice dello studio e dottoranda dell’Alma Mater Studiorum Università di Bologna. “Inoltre, l’attenuazione del segnale che abbiamo osservato nell’ultravioletto potrebbe indicare la presenza di materiale che ancora circonda la nana bianca”. Ed è proprio questa osservazione a condurre al secondo risultato di rilievo dello studio.
Un possibile involucro di materiale attorno alla nana bianca
Le osservazioni mostrano infatti che la nana bianca emette nell’ultravioletto meno luce di quanto previsto dai modelli. Una possibile spiegazione è che parte della radiazione venga assorbita prima di raggiungere la Terra. Secondo i ricercatori, attorno alla stella potrebbe essere ancora presente del materiale circumstellare, una possibile eredità della fase in cui le due stelle si scambiavano materia. Se confermata, si tratterebbe della prima evidenza di un fenomeno simile osservato attorno a una nana bianca così giovane in un sistema con una pulsar millisecondo. Per capire perché questa eventuale presenza sia importante, bisogna però ricostruire la storia di NGC 362D.
Il lungo processo che trasforma una pulsar
Le pulsar millisecondo sono stelle di neutroni estremamente compatte che possono compiere centinaia di rotazioni al secondo. La loro rapidissima rotazione è il risultato di un processo che può durare milioni di anni e durante il quale la stella di neutroni riceve materia dalla propria compagna. La materia trasferita porta con sé anche momento angolare. Il meccanismo può essere paragonato a una spinta data a una trottola: man mano che riceve nuovo momento angolare, la stella di neutroni aumenta la propria velocità di rotazione. È il cosiddetto processo di “riciclo” delle pulsar.
Nel frattempo, la stella che cede materia perde progressivamente i propri strati esterni. Alla fine rimane un nucleo compatto destinato a evolvere in una nana bianca. NGC 362D permette di osservare proprio uno degli ultimi capitoli di questo processo, quando il trasferimento di materia è terminato da relativamente poco tempo e la compagna non ha ancora completato la propria evoluzione.
“NGC 362D ci offre la possibilità unica, al momento, di studiare ciò che accade subito dopo il riciclo di una pulsar millisecondo”, sottolinea Emanuele Dalessandro, ricercatore INAF e coautore dello studio. “In questo contesto, la possibile presenza di materiale attorno alla nana bianca risulta particolarmente interessante. Essa, infatti, potrebbe produrre segnali anche nel radio, oltre che nell’ottico, simili a quelli osservati in sistemi con compagne non degeneri e aiutarci così a interpretare correttamente altri sistemi giovani”.
Una finestra su altri sistemi stellari
L’importanza della scoperta non si limita quindi a NGC 362D. Individuare e comprendere le tracce lasciate da questa fase evolutiva potrebbe aiutare gli astronomi a interpretare correttamente altri sistemi binari che ospitano pulsar millisecondo. La possibile presenza di materiale attorno alla nana bianca potrebbe inoltre avere conseguenze osservabili in diverse bande dello spettro elettromagnetico, offrendo nuovi indizi per ricostruire le caratteristiche di sistemi ancora più giovani.
Le pulsar millisecondo sono, del resto, strumenti astronomici di particolare valore. La loro rotazione è estremamente regolare e permette di utilizzarle come veri e propri orologi naturali. Misurando con grande precisione i loro segnali, gli astronomi possono studiare fenomeni gravitazionali in condizioni estreme e mettere alla prova le previsioni della relatività generale.
“Le pulsar millisecondo ruotano con una regolarità straordinaria e possono essere utilizzate come veri e propri orologi naturali, permettendoci di studiare la gravità in condizioni estreme e di sottoporre la relatività generale a test sempre più precisi”, conclude Ettorre.
NGC 362D diventa così un laboratorio naturale per studiare il passaggio da un sistema in cui due stelle si sono scambiate materia a quello che osserviamo oggi: una pulsar millisecondo e il nucleo della sua ex compagna, ancora impegnato nei primi passi della sua trasformazione in nana bianca.