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Astrofisica degli oggetti compatti

Lo studio e l’osservazione degli oggetti compatti (stelle di neutroni e buchi neri) costituisce un potente strumento di indagine della materia ultra densa, consente di misurare molteplici effetti della teoria della Relatività Generale, si presenta come un canale naturale di approfondimento dell’astrofisica delle alte energie, e fornisce informazioni preziose sulla dinamica degli ammassi globulari. Una delle manifestazioni più studiate delle stelle di neutroni sono le pulsar. Il loro monitoraggio regolare (mediante la procedura detta di timing) consente di derivare una gran messe di accurate misure scientifiche e rende le pulsar strumenti di laboratorio ideali per condurre esperimenti in vari settori della fisica fondamentale e dell'astrofisica: dalla teoria della relatività all’osservazione diretta delle onde gravitazionali, dalla determinazione del campo magnetico della Galassia allo studio del mezzo interstellare.

Il ruolo della comunità italiana nel filone di ricerca sugli oggetti compatti, e in particolare pulsar è ben consolidato da oltre tre lustri e si è confermato di primo piano anche nell'ultimo periodo. Il fiore all'occhiello è ovviamente rappresentato dalle attività connesse alla scoperta e alle osservazioni di timing del sistema binario J0737-3039, altresì noto come pulsar doppia. I ricercatori italiani hanno inoltre guidato una survey profonda per la ricerca di pulsar negli ammassi globulari con il telescopio di Parkes. Fin ad ora sono state scoperte 12 pulsar riciclate in 6 ammassi nei quali in precedenza non si erano osservate pulsar.

A partire dal 2006 la comunità pulsaristica italiana fa parte dell'Epta (European Pulsar Timing Array), di cui è uno dei membri fondatori. L'obiettivo scientifico è di moltiplicare le sinergie fra i maggiori gruppi di ricerca europei in questo settore, Nel campo di ricerca delle Pulsar Wind Nebulae, la comunità italiana ha recentemente messo a punto una tecnica per produrre spettri e mappe sintetiche di emissione multi frequenza basate sulla dinamica del plasma relativistico risultante da simulazioni numeriche bidimensionali in regime di magneto idrodinamica (MHD) relativistica. Il lavoro degli astrofisici italiani ha altresì fornito nell'ultimo lustro un contributo sostanziale sul fronte della identificazione ottica della stella compagna di una pulsar riciclata. In particolare 3 delle sole 6 controparti ottiche note di pulsar riciclate in ammassi globulari sono state scoperte dalla comunità scientifica nazionale.

L'attività di ricerca osservativa sulle pulsar si articola in due filoni, uno dedicato alla scoperta di nuovi oggetti, il secondo focalizzato sulle osservazioni di timing delle pulsar più interessanti. Nel prossimo triennio si svilupperanno importanti progetti internazionali su entrambi questi fronti. I due maggiori esperimenti che coinvolgeranno i ricercatori italiani sono HTRU e LEAP. Il primo sfrutta la disponibilità di un sistema multi ricevitore a 13 beam, in modo da compiere in tempi ragionevoli una ricerca profonda di pulsar riciclate in tutto il cielo meridionale (un esperimento gemello di questo sarà effettuato nel cielo nord usando il radiotelescopio di Effelsberg). Il secondo prevede di combinare le capacità dei cinque maggiori radiotelescopi europei, incluso il nascente SRT, così da compiere accuratissime osservazioni di timing di pulsar.

Per quanto concerne gli studi sulle Pulsar Wind Nebulae, gli sviluppi futuri più immediati saranno rivolti ad un raffinamento della modellistica, che permetta di tenere in conto anche possibili anisotropie del meccanismo di accelerazione delle particelle allo shock. Nel prossimo triennio la campagna osservativa indirizzata all'indagine degli oggetti compatti negli ammassi globulari, si focalizzerà sulle regioni più interne e di alta densità stellare di un campione di ammassi globulari galattici. Verranno a tale scopo utilizzati dati ad alta risoluzione angolare, ottenuti sia con le camere ACS, WFPC2 e WFC3 a bordo del telescopio spaziale Hubble (HST), sia con strumenti dotati di ottiche adattive montati su telescopi terrestri della classe degli 8-10m (NACO, MAD, ecc.). Questi dati saranno combinati con immagini a grande campo ottenute da Terra (per esempio con il Large Binocular Telescope o la camera Wide Field Imager dell'ESO).

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