Pulsar in a box per lo studio delle condizioni intorno alle pulsar
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Una simulazione della NASA cerca di far luce sulle emissioni gamma e radio osservate nelle pulsar, provenienti da zone diverse e il cui processo è ancora ignoto


Fonte NASA


Pulsar in ai box. Una simulazione per studiare l'ambiente esterno delle pulsar.
Pulsar in a box. Una simulazione per studiare l'ambiente esterno delle pulsar.

L'ambiente che circonda le pulsar è sempre sotto stretta vigilanza da parte degli astrofisici, uno studio finalizzato a tracciare i percorsi delle particelle cariche nei campi elettromagnetici in prossimità della stella di neutroni con lo scopo ultimo di rivelare i comportamenti in grado di spiegare il modo in cui le pulsar possano emettere impulsi radio e gamma con estrema precisione. 

Si tratta di una spiegazione che viene ricercata fin dal 1967, quando le pulsar furono osservate per la prima volta, ma anche oggi - pur contando su una potenza di calcolo elevatissima - è difficile tracciare le particelle in ambienti così estremi. Il Fermi Gamma-ray Space Telescope ha rinvenuto raggi gamma da 216 pulsar, con le emissioni prodotte in una zona più distante rispetto alla zona di produzione della emissione radio. Più distante, ma ancora ignota così come il processo in grado di alimentarla, sebbene si ritenga con una certa sicurezza che le particelle chiamate in causa siano elettroni e positroni.

Poche centinaia di metri al di sopra del polo magnetico, gli elettroni spinti dalla superficie presentano energie confrontabili con quelle raggiunte dai più potenti acceleratori terrestri. Nel 2009 Fermi stesso scoprì potenti flares gamma dalla Crab Nebula, a indicare la presenza di elettroni con energie migliaia di volte superiori. Gli elettroni veloci emettono radiazione gamma tramite un processo chiamato radiazione di curvatura: un fotone gamma può interagire con il campo magnetico della pulsar trasformandosi in una coppia di particelle, un elettrone e un [V]positrone[/V] appunto. 

La simulazione "Pulsar in a box" traccia gli elettroni (in blu) e i positroni (in rosso) durante le interazioni con un potente campo magnetico ma per tracciare al meglio il comportamento delle particelle sono stati utilizzati nuovi modelli di simulazione di pulsar chiamati "particle in cell" (PIC). Si inizia con una pulsar magnetizzata in rotazione , si iniettano elettroni e positroni sulla superficie e si tracciano le interazione con i campi magnetici in un processo in cui le particelle, muovendosi, influenzano i campi magnetici e i campi stessi influenzano le particelle, il tutto alla velocità prossima a quella della luce. 

La gran parte degli elettroni tende a spostarsi all'esterno dei poli magnetici. I positroni, d'altro lato, fluiscono principalmente a basse latitudini formando una sottile struttura chiamata current sheet. I positroni a maggior energia (meno dello 0.1% del totale) sono in grado di produrre raggi gamma simili a quelli osservati da Fermi, confermando i primi risultati. 

Una popolazione di elettroni a media energia si comporta in modo decisamente atipico, tornando indietro verso la pulsar. 
Le particelle si muovono con il campo magnetico e la loro velocità di rotazione aumenta con la distanza anche se il processo non può durare a lungo visto che la materia non viaggia a velocità maggiori di quelle della luce. Quando gli elettroni raggiungono la distanza che dovrebbe corrispondere alla velocità della luce, rallentano in modo repentino. 
La simulazione è stata fatta girare sul supercomputer Discover al Center for Climate Simulation al Goddard e sul Pleiades Supercomputer all'Ames Research Center, entrambi della NASA.