Un Archeopteryx Cosmico [di Luciano Burderi e Tiziana Di Salvo]

Pillole di Scienza. Forse non tutti sanno che il mite Canarino che cinguetta nella gabbietta della veranda discende dal terribile Tirannosauro. Più precisamente (e prosaicamente) gli Uccelli si sono evoluti dai Dinosauri Piumati alla fine del Giurassico, 200 milioni di anni addietro. Questa scoperta fu fatta nel 1863 (quattro anni dopo la pubblicazione della prima edizione dell’Origine delle Specie di Charles Darwin) dal grande naturalista inglese Sir Richard Owen e costituisce una spettacolare conferma della Teoria dell’Evoluzione.

L’importanza della scoperta quale prova a suffragio della allora controversa teoria, fu immediatamente chiara a Darwin che nella quarta edizione della sua monumentale opera (1866) menziona esplicitamente la teoria di Owen secondo cui i Dinosauri sono gli antenati degli Uccelli: teoria assai ardita per l’epoca ma inoppugnabile perché suffragata dall’incontrovertibile evidenza circostanziale di un fossile ritrovato in Germania nel 1861, l’Archeopteryx, un rettile con coda, artigli e mandibola provvista di denti aguzzi (simile a quella dei coccodrilli), provvisto altresì di ali e piume.

Fossili di questo tipo, denominati Anelli di Congiunzione, sono di capitale importanza per l’esatta ricostruzione del cosiddetto Albero Filogenetico che illustra come la vita si è differenziata nel corso di miliardi di anni ramificandosi in Batteri ed Eucarioti, fino ad arrivare ai Mammiferi e all’Uomo.

In Astronomia la situazione è analoga e gli scienziati sono alla continua ricerca di rari sistemi stellari che, presentando caratteristiche intermedie tra diverse classi, possano dimostrare le audaci teorie che descrivono l’evoluzione degli oggetti cosmici. La scoperta delle Pulsar Radio (avvenuta fortuitamente il 28 novembre del 1967, per merito di una giovane e intraprendente studentessa Jocelyn Bell Brunell e del suo professore Antony Hewish) ha dimostrato l’esistenza delle Stelle di Neutroni, oggetti compatti che racchiudono delle masse pari a una volta e mezzo quella del nostro Sole in una sfera di appena dieci chilometri di raggio, residui dell’esplosione di una stella di grande massa, almeno dieci volte maggiore di quella del nostro Sole. Questi incredibili residui della morte esplosiva di una stella sono stati individuati grazie al fatto che alcune Stelle di Neutroni, dotate di intensissimi campi magnetici, centinaia di milioni di volte maggiori del campo magnetico terrestre, ruotano intorno al proprio asse emettendo impulsi nella banda radio come giganteschi radiofari cosmici.

Questa importante scoperta è stata premiata nel 1974 con il conferimento del primo premio Nobel in Fisica per una scoperta astronomica ad Antony Hewish (ma non alla vera autrice della scoperta, la caparbia Jocelyn che aveva anche lottato contro lo scetticismo iniziale del suo professore!). In questo contesto, da quasi quaranta anni si sospetta che le Pulsar Radio al Millisecondo, Stelle di Neutroni che ruotano a centinaia di giri al secondo ed emettono radio impulsi che si ripetono ad intervalli di qualche millesimo di secondo, discendano dalle Binarie X di Piccola Massa, Stelle di Neutroni che lentamente “divorano” una stella satellite simile, nelle fasi iniziali, al nostro Sole.

In questi sistemi, secondo il cosiddetto Scenario del Riciclaggio, la prodigiosa attrazione gravitazionale della Stella di Neutroni strappa gli strati gassosi più esterni costringendoli a precipitare sulla sua superficie, dove la forza di gravità è trecento milioni di volte più intensa che sulla Terra! Nella sua spettacolare caduta il gas forma una gigantesca spirale detta Disco di Accrescimento la cui forma ricorda un uragano con un raggio decine di migliaia di volte quello degli uragani terrestri e cioè centinaia di volte quello della Terra! Nel suo moto di caduta a spirale il gas si riscalda fino a decine di milioni di gradi. A queste temperature la materia è così calda da emettere raggi X. L’impatto sulla superficie della materia in rotazione vorticosa, alla straordinaria velocità di 150 mila chilometri al secondo (la metà della velocità della luce), imprime alla Stella di Neutroni una rotazione su se stessa che progressivamente la accelera fino a diverse centinaia di giri al secondo.

Riuscire a dimostrare, al di là di ogni ragionevole dubbio, che le Radio Pulsar al Millisecondo sono figlie delle Binarie X di Piccola Massa, ha costituito una delle più entusiasmanti sfide dell’astrofisica moderna. Il 26 settembre di quest’anno questa frenetica ricerca si è finalmente conclusa con la pubblicazione, sulla prestigiosa rivista scientifica internazionale Nature, di un articolo in cui, un gruppo internazionale di astrofisici ha annunciato al mondo la scoperta dell’Anello di Congiunzione, un sistema binario (cioè costituito da due stelle in orbita l’una intorno all’altra) contenente una Stella di Neutroni che alterna fasi in cui si comporta come una Binaria X di piccola Massa a fasi in cui si comporta come una Radio Pulsar al Millisecondo.

Più precisamente, nel sistema binario IGR J18245-2452, questo il suo nome, la Stella di Neutroni cattura gli strati gassosi esterni della stella compagna durante brevi periodi della durata di alcune decine di giorni. Tali fasi di attività, per motivi non ancora del tutto chiariti, si alternano a lunghe fasi di quiescenza, della durata di alcuni anni, in cui il flusso di gas che precipita sulla superficie della Stella di Neutroni è assente. Durante le fasi di attività IGR J18245-2452 emette raggi X con una luminosità mille volte maggiore di quella del nostro Sole. In queste fasi il sistema presenta tutte le caratteristiche di una Binaria X di Piccola Massa ed è possibile rilevare deboli pulsazioni regolari ogni 3,93 millesimi di secondo. Nelle lunghe fasi di quiescenza l’emissione di raggi X è assente e la Stella di Neutroni emette impulsi radio che si susseguono esattamente ogni 3,93 millesimi di secondo, comportandosi pertanto come una Pulsar Radio al Millisecondo.In estrema sintesi gli scienziati hanno dimostrato che IGR J18245-2452, che si trova a circa diciottomila anni luce di distanza dalla Terra nell’Ammasso Globulare M28 nella costellazione del Sagittario, è l’Archeopteryx dello Scenario di Riciclaggio.

La pubblicazione è particolarmente importante per la comunità scientifica italiana ed in special modo per le due Università di Cagliari e Palermo e l’Istituto Nazionale di Astrofisica cui fanno capo gli Osservatori Astronomici e gli istituti di ricerca in campo Astrofisico. L’articolo è, infatti, frutto della collaborazione delle summenzionate istituzioni scientifiche con l’Università di Barcellona, dove lavora un giovane astronomo italiano che fino all’anno scorso ha usufruito di una borsa di ricerca erogata dalla Regione Sardegna presso l’Osservatorio Astronomico di Cagliari per lavorare presso il gruppo di Astrofisica delle Alte Energie del Dipartimento di Fisica dell’Università di Cagliari.

Questo gruppo di ricerca, insieme al gruppo di Astrofisica delle Alte Energie dell’Università di Palermo, è, da parecchi anni, tra i gruppi di punta, nel panorama mondiale, per lo studio delle Stelle di Neutroni e in particolare dell’evoluzione di questi oggetti secondo lo Scenario di Riciclaggio. L’articolo scaturisce da questa collaborazione. Altri quattro Istituti (tutti appartenenti all’Istituto Nazionale di Astronomia e Astrofisica – INAF) sono coinvolti nella scoperta: l’Osservatorio Astronomico di Cagliari, l’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Palermo, l’Osservatorio Astronomico di Brera e quello di Roma.

*Fisico. Università di Cagliari

*Fisica. Università di Palermo

Trad. dall’articolo originale in lingua inglese http://www.nature.com/nature/journal/v501/n7468/pdf/nature12470.pdf