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PulsarPulsar. ArgomentiArgomenti Proprietà delle pulsarProprietà delle pulsar OsservazioniOsservazioni Le Pulsar come strumentiLe Pulsar come strumenti.

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Presentazione sul tema: "PulsarPulsar. ArgomentiArgomenti Proprietà delle pulsarProprietà delle pulsar OsservazioniOsservazioni Le Pulsar come strumentiLe Pulsar come strumenti."— Transcript della presentazione:

1 PulsarPulsar

2 ArgomentiArgomenti Proprietà delle pulsarProprietà delle pulsar OsservazioniOsservazioni Le Pulsar come strumentiLe Pulsar come strumenti

3 1 - Proprietà delle Pulsar La scopertaLa scoperta Parametri osservabiliParametri osservabili Stima delletàStima delletà Stima del campo magneticoStima del campo magnetico Formazione ed evoluzioneFormazione ed evoluzione Diagramma B-PDiagramma B-P Massa di una pulsarMassa di una pulsar DimensioniDimensioni StrutturaStruttura

4 Un pò di storia… Nel 1932 Chadwick scopre il neutroneNel 1932 Chadwick scopre il neutrone Nel 1934 Baade & Zwicky suggeriscono che stelle costituite prevalentemente da neutroni dovrebbero essere formate in esplosioni di SupernovaNel 1934 Baade & Zwicky suggeriscono che stelle costituite prevalentemente da neutroni dovrebbero essere formate in esplosioni di Supernova Nel 1939 Oppenheimer & Volkov calcolano dimensioni e masse di queste stelle di neutroni che stimano ~20 km e ~1.4MNel 1939 Oppenheimer & Volkov calcolano dimensioni e masse di queste stelle di neutroni che stimano ~20 km e ~1.4M Nel 1967 una studentessa, durante il suo lavoro di tesi con A.Hewish su un esperimento di scintillazione…Nel 1967 una studentessa, durante il suo lavoro di tesi con A.Hewish su un esperimento di scintillazione…

5 La scoperta… Jocelyn Bell scopre un segnale periodico extra- terrestre di s alla posizione:Jocelyn Bell scopre un segnale periodico extra- terrestre di s alla posizione: RA 19:19:36 RA 19:19:36 DEC +21:47:16 DEC +21:47:16 Little Green Men ?!Little Green Men ?!

6 L identificazione… Altri segnali simili in altre direzioni – no LGM !Altri segnali simili in altre direzioni – no LGM ! Un giornalista battezza questi segnali:Un giornalista battezza questi segnali: Pulsating Radio Sources = PULSARs Pulsating Radio Sources = PULSARs Hewish et al. (1968) discutono tre modelli:Hewish et al. (1968) discutono tre modelli: - un oggetto oscillante - un oggetto oscillante - un oggetto orbitante - un oggetto orbitante - un oggetto ruotante - un oggetto ruotante Nane Bianche o Stelle di Neutroni ?Nane Bianche o Stelle di Neutroni ? Il dilemma risolto con la scoperta di una Pulsar associata con il Resto di Supernova della Crab NebulaIl dilemma risolto con la scoperta di una Pulsar associata con il Resto di Supernova della Crab Nebula

7 La Crab Nebula Remnant della supernova AD1054Remnant della supernova AD1054 La Crab Nebula (M1) ancora luminosa, nonostante letàLa Crab Nebula (M1) ancora luminosa, nonostante letà Una strana stella vicino al centro:Una strana stella vicino al centro: Staelin & Reifenstein scoprono la pulsar nel 1968

8 La Crab Pulsar Il periodo P=33 ms, aumenta di 36ns/giornoIl periodo P=33 ms, aumenta di 36ns/giorno Il periodo breve scarta la Nana Bianca:Il periodo breve scarta la Nana Bianca: Oscillazioni radiali possibili solo per P>1sec Stima del raggio delloggetto ruotante: Oscillazioni radiali possibili solo per P>1sec Stima del raggio delloggetto ruotante: Con M=1.4 M e il periodo della Crab pulsar R max = cm Raggio tipico di una Nana Bianca: 10 9 cm Con M=1.4 M e il periodo della Crab pulsar R max = cm Raggio tipico di una Nana Bianca: 10 9 cm

9 FormazioneFormazione Le Pulsar si formano in una esplosione di Supernova Il Momento angolare e il flusso magnetico si conservano Il Momento angolare e il flusso magnetico si conservano

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11 Periodo tempo P e P osservati P e P osservati c = 1 P 2 Perdita di energia da dipolo magnetico ruotante Età di una pulsar e campo magnetico. B (P P) 1/2.. P

12 Pulsar appena nata Una pulsar appena nata ha un campo magnetico elevato e un periodo di spin relativamente breve 1000 yr death line Hubble time

13 Una pulsar giovane evolve molto rapidamente e rallenta. Il suo campo magnetico può smorzarsi col tempo 1000 yr death line Hubble time

14 Died pulsars Le Pulsar lente con un campo magnetico basso non sono più osservabili come radiosorgenti 1000 yr death line Hubble time

15 Un pulsar morta può essere riaccelerata e ringiovanita da una stella compagna durante la sua evoluzione yr death line Hubble time

16 Una pulsar superveloce appena nata 1000 yr Hubble time death line

17 Pulsars riciclate e binarie X Il trasferimento di massa da una stella compagna riaccelera una pulsar morta La durata di questa fase di trasfermento di momento angolare determina il periodo di spin finale (osservato fino a 1.5 ms) Il trasferimento di massa da una stella compagna riaccelera una pulsar morta La durata di questa fase di trasfermento di momento angolare determina il periodo di spin finale (osservato fino a 1.5 ms) La pulsar rinasce come recycled pulsar NASA

18 Percorsi evolutivi Il sistema binario può distruggersi nellesplosione di supernova Molte pulsar sono isolate Le LMXB hanno periodi lunghi di accrescimento Sistemi pulsar-WD circolari HMXB hanno periodi brevi di accrescimento e vanno incontro a una seconda esplosione di SN Molti sistemi distrutti, e osserviamo solo pochi sistemi NS-NS eccentrici Nella fase pre-riciclaggio osserviamo pulsar in orbita con una stella di sequenza principale LMXB con riciclaggio in corso scoperta in 1998

19 Percorsi evolutivi

20 1) Stella primaria massiva e stella secondaria leggera Orbite eccentriche > 6 M 1 M In una esplosione di supernova, il sistema può restare legato se la massa espulsa è < ½ M tot. Se cè stato abbastanza accrescimento nella fase precedente, questo è possibile La stella più massiva evolve prima Esplosione di Supernova Tempo di evoluzione lungo della stella leggera: spin-up della NS Può eventualmente appesantire la compagna

21 Come abbiamo detto, la fase di evoluzione della stella di piccola massa è molto lunga e consente la formazione di un disco di accrescimento intorno alla Stella di Neutroni La materia si avvicina sempre più alla NS trasportando momento angolare La materia si aggancia al campo magnetico della NS Il disco di accrescimento cede momento angolare alla NS La materia scorrendo lungo le linee di campo B si incanala sui poli magnetici Lenergia gravitazionale che si libera durante laccrescimento ai poli produce raggi X

22 Quando la secondaria ha terminato la sua evoluzione, lemissione di raggi X cessa e rimane un sistema composto da una Nana Bianca e una Stella di Neutroni Lorbita si è circolarizzata a seguito di effetti di marea occorsi durante la fase di accrescimento La stella di neutroni ha acquistato un notevole momento angolare di spin ed è osservabile come una radiopulsar superveloce

23 2) Stella primaria e stella secondaria massive 10 M 6 M La stella più massiva evolve prima ed eventualmente cede massa alla compagna Esplosione di Supernova A secondo di quanta massa è stata ceduta alla compagna e di quanta ne viene espulsa nellesplosione, il sistema può restare legato Orbite eccentriche Tempo di evoluzione relativamente veloce della stella (relativamente massiva): spin-up della NS moderato

24 Quando la secondaria ha terminato la sua evoluzione, fa una esplosione di supernova. Se il sistema rimane legato, rimane un sistema composto da due Stelle di Neutroni Lorbita che si era eventualmente circolarizzata a seguito di effetti di marea occorsi durante la fase di accrescimento, per effetto dellesplosione sarà di nuovo eccentrica La stella di neutroni primaria ha acquistato un moderato momento angolare di spin (la fase di accrescimento della secondaria relativamente massiva è relativamente rapida), mentre la stella di neutroni secondaria ha il periodo di spin connesso alla sua nascita. il sistema è potenzialmente osservabile come una pulsar doppia

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27 NGC 6266 NGC 6522 NGC 6441 Le pulsar superveloci (le millisecond pulsar ) sono particolarmente abbondanti negli Ammassi Globulari

28 MasseMasse La teoria: 1.4 MLa teoria: 1.4 M Dipende dalla equazione di statoDipende dalla equazione di stato Laccrescimento può aumentare la massaLaccrescimento può aumentare la massa Le osservazioni indicano un valore medio ~1.35MLe osservazioni indicano un valore medio ~1.35M

29 Dimensione e struttura Molto dipendente dalla equazione di statoMolto dipendente dalla equazione di stato I risultati attuali indicano:I risultati attuali indicano: g cm -3

30 Le pulsar come sorgenti radio MagnetosferaMagnetosfera Proprietà dellemissione radioProprietà dellemissione radio Impulsi singoli e impulsi integratiImpulsi singoli e impulsi integrati GeometriaGeometria

31 MagnetosferaMagnetosfera la rotazione induce un la rotazione induce un campo elettrico campo elettrico la rotazione induce un la rotazione induce un campo elettrico campo elettrico cariche elettriche vengono strappate via cariche elettriche vengono strappate via il plasma riempie lo spazio circostante il plasma riempie lo spazio circostante co-rotazione con la pulsar co-rotazione con la pulsar cilindro-luce: cilindro-luce: v=R L =c v=R L =c linee di campo B aperte linee di campo B aperte il plasma riempie lo spazio circostante il plasma riempie lo spazio circostante co-rotazione con la pulsar co-rotazione con la pulsar cilindro-luce: cilindro-luce: v=R L =c v=R L =c linee di campo B aperte linee di campo B aperte

32 MagnetosferaMagnetosfera sui poli – linee di campo B aperte sui poli – linee di campo B aperte differenza di potenziale ~ V! differenza di potenziale ~ V! le cariche vengono accelerate le cariche vengono accelerate fattore ~10 6, v c fattore ~10 6, v c cascata di coppie e + e - ? cascata di coppie e + e - ? radiation da curvatura radiation da curvatura sui poli – linee di campo B aperte sui poli – linee di campo B aperte differenza di potenziale ~ V! differenza di potenziale ~ V! le cariche vengono accelerate le cariche vengono accelerate fattore ~10 6, v c fattore ~10 6, v c cascata di coppie e + e - ? cascata di coppie e + e - ? radiation da curvatura radiation da curvatura

33 Gli impulsi singoli come istantanea dei processi di emissione nella magnetosfera Gli impulsi singoli sono molto variabili

34 Gli impulsi mediati rivelano la struttura globale della magnetosfera Limpulso mediato è stabile

35 Profili di impulsi mediati

36 Struttura degli impulsi: il modello a cono vuoto

37 …o a cono vuoto con un nucleo centrale

38 Spettro radio delle pulsar Le pulsar hanno spettri ripidi (titpico: ) Le pulsar hanno spettri ripidi (titpico: ) Massima intensità intorno a 400 MHz Massima intensità intorno a 400 MHz Osservate fino a 86 GHz Osservate fino a 86 GHz Le pulsar hanno spettri ripidi (titpico: ) Le pulsar hanno spettri ripidi (titpico: ) Massima intensità intorno a 400 MHz Massima intensità intorno a 400 MHz Osservate fino a 86 GHz Osservate fino a 86 GHz

39 La popolazione delle pulsar

40 2 Osservazioni Tecniche di ricerca di pulsarTecniche di ricerca di pulsar Tecniche di pulsar timingTecniche di pulsar timing

41 Ricerche di pulsar Ricerche di pulsar Popolazione galatticaPopolazione galattica DispersioneDispersione Tecniche di ricercaTecniche di ricerca Spazio dei parametri: RA, Dec,P, DM, …Spazio dei parametri: RA, Dec,P, DM, … Accelerazione dopplerAccelerazione doppler

42 Populazione Galattica delle Pulsar Le pulsar nascono sul piano Galactico: Cercando sul piano si scoprono le pulsar giovani

43 DispersioneDispersione Dispersione:Dispersione: Gli elettroni liberi nel mezzo interstellare causano dispersione Gli elettroni liberi nel mezzo interstellare causano dispersione Impulsi a bassa frequenza arrivano dopo Impulsi a bassa frequenza arrivano dopo ( in MHz) : Gli elettroni liberi nel mezzo interstellare causano dispersione Gli elettroni liberi nel mezzo interstellare causano dispersione Impulsi a bassa frequenza arrivano dopo Impulsi a bassa frequenza arrivano dopo ( in MHz) : Se non corretto, limpulso sarà diluito attraverso la banda Se non corretto, limpulso sarà diluito attraverso la banda

44 DispersioneDispersione La dispersione come indicatore di distanza: La dispersione come indicatore di distanza: In generale:

45 Popolazione galattica delle Pulsar Modello per n e Ma prima della scoperta, la DM di una pulsar non è nota Ma prima della scoperta, la DM di una pulsar non è nota Ricerca in DM

46 Dove cercare le pulsar Survey su larga scala: Survey su larga scala: Tutto il cielo: ideale, ma richiede tempi lunghi Tutto il cielo: ideale, ma richiede tempi lunghi Piano Galattico: porta alla luce pulsar giovani Piano Galattico: porta alla luce pulsar giovani ad alta DM ad alta DM Piano Galattico: porta alla luce pulsar giovani Piano Galattico: porta alla luce pulsar giovani ad alta DM ad alta DM Alte latitudini Galattiche: pulsar vecchie e a Alte latitudini Galattiche: pulsar vecchie e a bassa DM bassa DM Alte latitudini Galattiche: pulsar vecchie e a Alte latitudini Galattiche: pulsar vecchie e a bassa DM bassa DM Nubi di Magellano: pulsar extragalattiche Nubi di Magellano: pulsar extragalattiche

47 Oppure … Ricerche mirate: Ricerche mirate: Ammassi Globulari: pulsar al millisecondo Ammassi Globulari: pulsar al millisecondo Resti di Supernova: pulsar giovani Resti di Supernova: pulsar giovani Sorgenti puntiformi: sorgenti gamma, Sorgenti puntiformi: sorgenti gamma, sorgenti a spettro ripido, sorgenti a spettro ripido, sorgenti polarizzate sorgenti polarizzate Sorgenti puntiformi: sorgenti gamma, Sorgenti puntiformi: sorgenti gamma, sorgenti a spettro ripido, sorgenti a spettro ripido, sorgenti polarizzate sorgenti polarizzate

48 Scelta del tempo di campionamento Tempo di campionamento: t s, s Tempo di campionamento: t s, s Teorema di Nyquist : P min =2 t s Teorema di Nyquist : P min =2 t s Periodo minimo teorico: Periodo minimo teorico: (v equator

49 Scelta della frequenza e larghezza di banda Compromesso: Compromesso: Spettro ripido: bassa frequenza Spettro ripido: bassa frequenza Dispersione: banda stretta Dispersione: banda stretta Scattering: alta frequenza Scattering: alta frequenza Sensibilità: banda larga Sensibilità: banda larga

50 Tecniche di ricerca

51 Accelerazione Doppler Accelerazione Doppler Il moto in un sistema binario cambia il periodo apparente di ripetione degli impulsi Il moto in un sistema binario cambia il periodo apparente di ripetione degli impulsi Gli algoritmi standard non tengono conto del Gli algoritmi standard non tengono conto del Doppler e non sono in grado di rivelare sistemi binari Gli algoritmi standard non tengono conto del Gli algoritmi standard non tengono conto del Doppler e non sono in grado di rivelare sistemi binari

52 Compensazione del Doppler


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