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Fin dalla scoperta loro nel 1967 e dalla scoperta della prima
millisecond pulsar (una pulsar che ruota centinaia di volte in un
secondo) nel 1982, le pulsar sono state utilizzate per studiare
un'ampia varieta' di problemi fisici e astrofisici. Le applicazioni
spaziano dalla fisica gravitazionale, alla cosmologia, alla sismologia
delle stelle. In molti campi le pulsar sono gli unici strumenti a noi
accessibili per studiare ambienti fisici in condizioni estreme.
Le pulsar possono dunque essere utilizzate, non solo per lo studio
delle proprieta' delle stelle di neutroni, ma anche come strumento per
numerosi studi in campo fisico e astrofisico.
Studiare il mezzo interstellare:
e' notoche, a causa della presenza nel mezzo interstellare di
elettroni liberi, un segnale radio a banda larga subisce il fenomeno
della dispersione: basse frequenze arrivano all'osservatore dopo le
frequenze piu' alte.
Il ritardo temporale dipende dalla densita' di colonna di elettroni
tra la sorgente di onde radio e l'osservatore. Per un segnale sotto
forma di impulsi come quello delle pulsar tale ritardo e' misurabile e
fornisce una stima della densita' di elettroni liberi per quelle
pulsar che abbiano una determinazione indipendente della distanza.
Ricerca di pianeti extrasolari
se una pulsar e' in orbita assieme ad un altro corpo la distanza tra
la sorgente di onde radio e la Terra cambia lungo l'orbita. Impulsi
successivi dunque coprono distanze differenti e giungono
all'osservatore a tempi differenti. In particolare un osservatore
misurera' una variazione sinusoidale nei tempi di arrivo (TOA, times
of arrival) degli impulsi di una pulsar appartenente ad un sistema
binario. Data l'elevata stabilita' dei segnali delle pulsar (in
particolar modo delle millisecond pulsar) e l'accuratezza con cui
siamo in grado di misurare i TOA, anche la presenza di un corpo delle
dimensioni di un pianeta in orbita attorno a una radio pulsar e' rivelabile.
Nel 1992 il Professor Alex Wolszczan scopri' il primo pianeta
extrasolare nel corso di una ricerca di pulsar col radiotelescopio di
Arecibo. Per questa scoperta il professor Wolszczan ha anche ricevuto
l'onore di essere effigiato su un francobollo!
Rivelazione di onde gravitazionali:
la sopraccitata stabilita' del segnale delle millisecond pulsar
ci permette, in linea di principio, di rivelare ogni genere di
distorsione introdotta negli altamente predittibili tempi di arrivo
degli impulsi di tali oggetti. Il passaggioo di un'onda gravitazionale
(prodotta ad esempio dalla coalescenza di due stelle di neutroni o due
buchi neri) dovrebbe distorcere lo spazio-tempo e produrre un
cambiamento nel percorso seguito dalle onde radio emesse da una pulsar
e di conseguenza un cambiamento nei TOA.
Per cogliere un tale segnale su larga scala (e per poterlo distinguere
da altre sorgenti di incertezza) e' necessario monitorare i tempi di
arrivo degli impulsi di molte millisecond pulsar in diversi punti
dello spazio, creando cioe' una sorta di rete di rivelazione
(detta 'timing array').
Test della relativita' generale
una pulsar inclusa in un sistema binario contenente due corpi compatti
(ad esempio due stelle di neutroni) e' un eccellente laboratorio per
testare le previsioni della relativita' generale di Einstein. La
presenza di un forte campo gravitazionale, infatti, influisce sulla
forma dello spazio-tempo nelle vicinanze del sistema binario e quindi,
come menzionato in precedenza, modifica la lunghezza del percorso seguito
dalle onde radio emesse dalla pulsar e di cionseguenza i tempi di
arrivo degli impulsi. Dall'analisi dei TOA e' possibile misurare non
soltanto i parametri rotazionali (periodo e sua derivata) e kepleriani
(periodo orbitale, eccentricita', proiezione del semiasse maggiore
dell'orbita, longitudine del periastro e tempo del passaggio al
periastro) ma anche fino a cinque parametri post-kepleriani connessi
con effetti relativistici: l'avanzamento del periastro, il
restringimento dell'orbita dovuto alla perdita di energia sotto forma
di onde gravitazionali, il parametro gamma, che misura il redshift
gravitazionale e la dilatazione dei tempi e il valore e la forma del
ritardo di Shapiro prodotto dalla deformazione dello spazio-tempo nei
dintorni della pulsar. Questi parametri sono legati ai parametri
orbitali del sistema binario ed alle masse delle due stelle di
neutroni. Misurando due parametri post-keplieriani (pk) e' dunque
possibile avere una misura delle masse dei due oggetti compatti
univocamente e separatamente. Misurare piu' parametri pk apre la
possibilita' di testare le previsioni della relativita' generale.
  Questo
test e' stato condotto per la prima volta dal professor Russel Hulse e
dal professor Joseph Taylor dell'Universita' di Princeton (vincitori
del premio Nobel
per la fisica del 1993) con la misura dell'avanzamento del
periastro del sistema di due stelle di neutroni (DNS, double neutron
star system) contenente la pulsar PSR
B1913+16.
La scoperta di radio pulsar in DNS ha permesso di dare una
stima del tasso di coalescenza di tali sistemi e e dunque della
possibilita' dei rivelatori di onde gravitazionali, quale ad esempio
l'italo-francese VIRGO di
rivelare questo tipo di eventi.
Investigare la buca di potenziale e il gas
degli Ammassi Globulari: un Ammasso Globulare (GC, Globular
Cluster) e' una gigantesca palla di stelle, densamente impacchettete,
che contiene centinaia di migliaia di stelle. Nel nucleo di un GC le
stelle sono cosi' vicine che in un parsec cubo se ne trovano piu' di
mille (per confronto, in un parsec cubo intorno al Sole non vi e'
alcuna altra stella). A causa dell'alta densita' stellare incontri
ravvicinati tra stelle sono piuttosto frequenti e portano alla
formazione di sistemi binari che si pensa siano i progenitori delle
millisecond pulsar (o pulsar 'riciclate'). Infatti circa il 40% di
tali oggetti si trova in Ammassi Globulari. Grazie al comportamento
temporale altamente stabile e predittibile di questi oggetti e'
possibile misurare l'accelerazione lungo la linea di vista prodotta
dal potenziale gravitazionale degli Ammassi Globulari sulle pulsar.
  E' dunque
possibile determinare dinamicamente il rapporto tra la luce emessa
dalle setelle dell'Ammasso e la massa totale dell'ammasso stesso (data
dalle stelle visibili e da materia non luminos - buchi neri centrali,
ad esempio) che causa il moto della pulsar verso il centro
dell'Ammasso. Lo studio delle piu' di 20 millisecond pulsar trovate
nell'Ammasso Globulare 47 Tucanae ha
inoltre reso possibile la prima misurazione di gas in un Ammasso.
Last update: 13-Jan-2006
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