Tra le meraviglie più enigmatiche dell’universo, le pulsar occupano un posto di rilievo. Questi resti stellari, generati dalla morte esplosiva di stelle massicce, si comportano come fari cosmici, emettendo impulsi regolari di onde radio che attraversano lo spazio e raggiungono la Terra. Una pulsar in particolare, conosciuta come pulsar del Granchio, è stata al centro di un enigma che per anni ha sfidato le spiegazioni degli scienziati: un segnale peculiare e irregolare, definito “motivo zebrato”, rilevato nei suoi impulsi radio. Ora, grazie a una nuova ricerca guidata dall’astrofisico teorico Mikhail Medvedev dell’Università del Kansas, il mistero sembra finalmente essere risolto.
Il cuore della Nebulosa del Granchio: un residuo stellare inarrestabile
La pulsar del Granchio è il risultato della spettacolare esplosione di una supernova osservata dalla Terra nel 1054 d.C. Questo evento, documentato con dovizia di dettagli dagli astronomi cinesi e giapponesi dell’epoca, lasciò dietro di sé una bolla di gas incandescente in espansione: la Nebulosa del Granchio. Al centro della nebulosa, il nucleo collassato della stella massiccia formò una stella di neutroni, un oggetto incredibilmente denso e compatto, con una massa fino a 2,3 volte quella del Sole concentrata in una sfera di appena 20 chilometri di diametro.
Questa pulsar ruota a una velocità impressionante: un periodo di rotazione di appena 33 millisecondi, che corrisponde a circa 30 impulsi al secondo. Gli impulsi, generati dai getti di onde radio emessi dai poli della stella e spinti dalla sua rotazione, arrivano fino alla Terra, dando l’impressione di una pulsazione regolare. Tuttavia, all’interno di questi segnali apparentemente uniformi, un dettaglio insolito ha catturato l’attenzione degli astronomi: un motivo a bande, simile alle strisce di una zebra, osservabile quando le lunghezze d’onda sono rappresentate graficamente.
Il “motivo zebrato”: un enigma decennale
Il motivo zebrato è stato scoperto nel 2007, oltre quarant’anni dopo la rilevazione della pulsar del Granchio negli anni ’60. Il segnale, unico nel suo genere, è stato registrato solo in una specifica componente dell’emissione della pulsar: l’interimpulso ad alta frequenza, compreso tra 5 e 30 gigahertz, una gamma simile alle frequenze di un forno a microonde. Nonostante decenni di osservazioni, il segnale non aveva mai trovato una spiegazione convincente.
“È molto luminoso, praticamente in tutte le bande d’onda”, spiega Medvedev. “Questo è l’unico oggetto che conosciamo che produce il modello zebrato, e appare solo in una singola componente di emissione della pulsar del Granchio. L’impulso principale è tipico delle pulsar, con altre componenti a banda larga comuni alle stelle di neutroni. Tuttavia, l’interimpulso ad alta frequenza è unico.”
L’origine del motivo zebrato è rimasta per anni un rompicapo per gli astrofisici, alimentando teorie che spaziavano da interazioni magnetiche anomale a fenomeni di rifrazione. Tuttavia, la complessità del segnale e la sua unicità hanno reso difficile sviluppare modelli in grado di spiegare pienamente il fenomeno.
La soluzione di Medvedev: la diffrazione delle onde nel plasma
Mikhail Medvedev, analizzando anni di dati accumulati dagli osservatori terrestri, ha proposto un’ipotesi innovativa che finalmente chiarisce l’origine del motivo zebrato. Secondo il suo studio, pubblicato su Physical Review Letters, il segnale è il risultato di un fenomeno di interferenza generato dalla diffrazione delle onde radio attraverso diverse densità di plasma presenti nella magnetosfera della pulsar.
“Se hai uno schermo e passa un’onda elettromagnetica, l’onda non si propaga direttamente,” spiega Medvedev. “Le onde si piegano attorno agli ostacoli e interferiscono l’una con l’altra, creando frange luminose e fioche a causa di interferenze costruttive e distruttive.”
Il plasma denso e magnetizzato che circonda la pulsar agisce come uno schermo complesso, riflettendo e piegando le onde radio emesse dalla stella. Le diverse densità del plasma, combinate con le variazioni nel campo magnetico, generano un motivo di diffrazione che si manifesta come strisce zebrate nelle osservazioni radio.
Un modello per misurare i confini estremi dell’Universo
Per verificare la sua teoria, Medvedev ha sviluppato un modello basato sull’ottica ondulatoria, utilizzando i dati disponibili sulla pulsar del Granchio. Il modello ha replicato con precisione il comportamento osservato del segnale, confermando che le frange di diffrazione sono il prodotto dell’interazione tra le onde radio e il plasma magnetico. Il suo lavoro non solo risolve un mistero decennale, ma apre nuove prospettive per lo studio di pulsar e altri ambienti astrofisici estremi.
“Un tipico modello di diffrazione produrrebbe frange uniformemente distanziate se avessimo solo una stella di neutroni come scudo,” continua Medvedev. “Ma qui, il campo magnetico della stella genera particelle cariche che costituiscono un plasma denso, che varia con la distanza dalla stella. Quando un’onda radio si propaga attraverso il plasma, passa attraverso aree diluite ma viene riflessa dal plasma denso. Questa riflessione varia a seconda della frequenza: le basse frequenze riflettono a grandi raggi, mentre le alte frequenze creano ombre più piccole.”
Implicazioni future: un nuovo strumento per l’astrofisica
La pulsar del Granchio, con i suoi mille anni di “giovinezza” astronomica, rimane un laboratorio naturale per studiare i limiti estremi della fisica. Il modello di Medvedev potrebbe fornire un metodo per misurare la densità del plasma nelle magnetosfere di altre pulsar e per esplorare fenomeni analoghi in ambienti estremi dell’Universo.
“La pulsar del Granchio è relativamente giovane ed energetica, ma non è sola,” sottolinea Medvedev. “Sappiamo di centinaia di pulsar, di cui oltre una dozzina sono giovani. Le pulsar binarie, già utilizzate per testare la teoria della relatività generale di Einstein, potrebbero essere esplorate con questo metodo. Questa ricerca amplia la nostra comprensione delle pulsar, in particolare quelle giovani ed energetiche.”
Un nuovo capitolo per l’astrofisica delle pulsar
La soluzione del mistero del motivo zebrato rappresenta un passo avanti non solo per lo studio delle pulsar, ma anche per la comprensione dei fenomeni fisici che governano l’Universo. La Nebulosa del Granchio, osservata in tutte le bande elettromagnetiche da telescopi terrestri e spaziali, continua a essere una delle fonti più prolifiche di scoperte cosmologiche. Grazie al lavoro di Medvedev, questa pulsar unica ha rivelato un altro dei suoi segreti, dimostrando ancora una volta che anche gli enigmi più complessi possono trovare soluzione con ingegno, perseveranza e una buona dose di creatività scientifica.
