Le pulsar binarie ai raggi X - IASF Palermo

Carlo Ferrigno
IASF­Pa – Istituto di astrofisica spaziale e
fisica cosmica di Palermo
U n e s e m p i o d i a n a l i s i
Le pulsar binarie
ai raggi X

S o m m a r i o
Un po' di storia.
Cosa sono le stelle di neutroni.
Stelle di neutroni che ruotano: le pulsar.
Pulsar in sistemi binari.
Gli strumenti che raccolgono i dati.
Scopi dell'analisi.
Fase di studio.
Analisi temporale e spettrale.
La scrittura di un articolo e la sua
pubblicazione.
24/03/2007 Le pulsar binarie ai raggi X Carlo Ferrigno ­ IASF­Pa

A l c u n e n o t e d i s t o r i a
1932: scoperta del neutrone da parte di
James Chadwick.
1933: Walter Baade e Fritz Zwicky proposero
l'esistenza delle Stelle di Neutroni.
1967: Jocelyn Bell e Antony Hewish
scoprirono i primi segnali radio da una pulsar
isolata.
1971: Riccardo Giacconi et al scoprirono una
pulsazione con periodo 4.8 secondi nella
sorgente di raggi X Cen X-3, pulsar binaria.
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L e s t e l l e d i n e u t r o n i
Provengono dal collasso della parte centrale di
una stella massiccia dopo un'esplosione di
supernova.
Massa una volta e mezzo la massa del sole in
un raggio di ~10 km
Densità 10 15 g/cm 3 pari a quella del nucleo
atomico.
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P r o p r i e t à d e l l e s t e l l e d i n e u t r o n i
Le NS ruotano molto velocemente con periodi da
ms a ks. Velocità è acquisita nel collasso per la
conservazione del momento angolare.
Per sfuggire dalla superficie di una NS, occorre
metà della velocità della luce 150 000 km/s, sulla
Terra “solo” 0.011 km/s. Il gas in caduta libera ha
la stessa velocità!
Hanno campi magnetici del GigaTesla rispetto al
campo terrestre di 60 microtesla o al campo di
magneti naturali rari di un tesla.
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L e p u l s a r
Radio pulsar sono isolate ed emettono grazie al
rallentamento.
Pulsar in accrescimento emettono grazie alla
materia che cade su di esse.
La materia che cade è nello stato di plasma, quindi
segue le linee del campo magnetico.
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P u l s a r i n s i s t e m i b i n a r i
Sottraggono massa alla compagna tramite un
disco o tramite il suo vento stellare.
Quando il plasma sbatte sulla superficie, o
arriva appena sopra ad essa emette raggi X
e Gamma, osservabili solo dallo spazio.
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S t r u m e n t i – 2 d e l p a s s a t o
HEAO-3 americano
1979 – 6 mesi
Beppo­SAX Italo­
Olandese 1996­2002
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S t r u m e n t i i n v o l o 1
XMM Newton 1999
Europa
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S t r u m e n t i i n v o l o 2
INTEGRAL -2002
Europa SWIFT -2004
USA-Europa Suzaku -2005
Giappone -USA
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S c o p i d e l l ' a n a l i s i - 1
Velocità di pulsazione e la sua
variazione. Informazioni sul
trasferimento di massa.
Forma del profilo dell'impulso.
Propagazione della
radiazione in forti campi
magnetici e gravitazionali.
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S c o p i d e l l ' a n a l i s i - 2
I meccanismi di emissione non sono ancora
spiegati completamente.
La forma spettrale può dare importanti
informazioni sulla densità della materia e
sull'intensità del campo magnetico.
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F a s e d i S t u d i o - T e o r i a
Teoria
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F a s e d i s t u d i o – O s s e r v a z i o n i f a t t e
Leggere e studiare
quello che si sa già.
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I d a t i g r e z z i
Sui satelliti i fotoni X producono impulsi
elettrici.
Gli impulsi vengono digitalizzati e
trasmessi a terra.
Noi studiamo dei lunghi elenchi in cui
appare il tempo di arrivo di un fotone,
la sua posizione sul detector, da cui si
ricava la direzione di arrivo, e la sua
energia.
Da questi elenchi si ricavano le varie
informazioni utili per un'analisi
scientifica dei dati.
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P o s i z i o n a m e n t o d e l l a s o r g e n t e
Immagine del cielo nella zona di
interesse.
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A n a l i s i t e m p o r a l e
I fotoni X possono essere
contati uno a uno.
Si possono fare delle curve
di luce con risoluzione di
alcune decine di
microsecondi.
Una pulsar produce un
segnale periodico:
misurando la distanza
temporale dei massimi si
può capire se accelera o
rallenta.
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A n a l i s i s p e t t r a l e
I fotoni hanno diverse
energie.
Lo spettro di una
sorgente descrive se
arrivano più fotoni di
alta energia o di
bassa energia.
Diversi meccanismi di
emissione producono
una forma diversa
dello spettro.
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V a l u t a z i o n e d e i r i s u l t a t i - e s e m p i o
Nel caso delle
pulsar in
accrescimento
è importante
studiare
l'evoluzione dei
parametri fisici
in funzione
della fase
dell'impulso.
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P u b b l i c a z i o n e d e i r i s u l t a t i
Si organizzano i risultati
seguendo lo schema:
introduzione
dell'argomento con
riassunto delle
conoscenze attuali;
risultati dell'analisi;
discussione dei risultati
evidenziando le novità
trovate in relazione alle
scoperte precedenti;
conclusioni.
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C o n c l u s i o n i
Con il costante lavoro di molti scienziati si
aggiungono importanti conoscenze su
mondi lontani e misteriosi.
Ogni tanto qualcuno particolarmente
geniale ha idee brillanti che prevedono
fenomeni ancora da osservare.
Più spesso la costruzione di un nuovo e più
potente strumento produce risultati
inaspettati che diventano subito eccitanti
e stimolano la fantasia degli scienziati
che tentano si spiegarli.
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