Cercando pulsar vicino a Sagittarius A*

Nel 2017, una rete di telescopi speciale chiamata Event Horizon Telescope (EHT) ha scattato delle immagini di un buco nero supermassiccio conosciuto come Sagittarius A* (Sgr A*) situato al centro della nostra galassia. Gli scienziati sono super interessati a studiare ulteriormente questo buco nero, soprattutto usando i Pulsar, che sono stelle che ruotano regolarmente e emettono fasci di radiazione. Monitorando come si comportano i pulsar nella forte gravità attorno a Sgr A*, i ricercatori possono scoprire di più sulla natura della gravità e sulle proprietà del buco nero stesso.

#Importanza dei Pulsar

I pulsar sono molto utili per gli studi scientifici perché funzionano come orologi cosmici. I loro impulsi regolari possono essere usati per testare teorie sulla gravità e ottenere informazioni su altri fenomeni cosmici. Trovando pulsar vicini a Sgr A*, gli scienziati sperano di raccogliere Dati fondamentali che possono aiutarci a capire non solo Sgr A*, ma anche la struttura e la dinamica della zona attorno ad esso, comprese le modalità di movimento di stelle e altri oggetti sotto campi gravitazionali forti.

#Sfide nel Rilevare Pulsar

Trovare pulsar vicino a Sgr A* non è per niente facile. Le osservazioni dell'EHT del 2017 sono state fatte a una frequenza alta di 228 GHz. I pulsar spesso emettono segnali deboli, soprattutto a queste alte frequenze, rendendoli difficili da rilevare. Inoltre, ci sono molte fonti di rumore e interferenze nella Via Lattea che possono offuscare i segnali dei pulsar. Ad esempio, i pulsar di solito emettono segnali con uno spettro ripido, il che significa che diventano più deboli a frequenze più alte.

Tuttavia, l'alta frequenza ha anche vantaggi. Aiuta a ridurre gli effetti di diffusione causati dal mezzo interstellare, che può distorcere i segnali dei pulsar. Questo significa che anche segnali deboli possono essere più facilmente distinguibili dal rumore di fondo.

#Metodologia

In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato dati dai tre telescopi più sensibili coinvolti nella campagna EHT: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Large Millimeter Telescope (LMT) e IRAM 30m Telescope. Hanno applicato vari metodi per cercare pulsar usando questi dati, concentrandosi su segnali in diverse bande di frequenza e impiegando tecniche di analisi avanzate.

#Osservazioni e Elaborazione Dati

Le osservazioni sono state fatte per diverse notti durante aprile 2017. Ogni osservazione prevedeva la raccolta di dati su Sgr A* per circa 7-10 minuti alla volta. I dati sono stati registrati come grandi set di misurazioni di tensione, che sono stati successivamente elaborati per estrarre informazioni utili. I ricercatori hanno attentamente segnato qualsiasi dato che avesse problemi, come rumore eccessivo o fluttuazioni inaspettate.

#Ricerca di Pulsar

Due tecniche principali sono state usate per cercare pulsar: analisi nel dominio di Fourier e Fast Folding Algorithm (FFA). Il metodo nel dominio di Fourier guarda lo spettro di frequenza dei dati raccolti per trovare segnali periodici, mentre l'FFA si concentra sull'accorpamento dei dati del segnale a diversi periodi assunti per rivelare schemi indicativi di pulsar.

In aggiunta, i ricercatori hanno condotto una ricerca di singoli impulsi per rilevare brevi e brillanti esplosioni di radiazione che alcuni pulsar producono, che possono essere molto più forti dei loro impulsi regolari.

#Risultati

Nonostante la ricerca e l'analisi approfondite, i ricercatori non hanno rilevato nuovi pulsar o esplosioni significative nei loro dati. Anche se può sembrare deludente all'inizio, potrebbe in realtà fornire importanti intuizioni sulla popolazione di pulsar nel Centro Galattico.

#Analisi di Sensibilità

La sensibilità della ricerca ci dice quali sono i segnali di pulsar più piccoli che potrebbero teoricamente essere rilevati nei dati. I ricercatori hanno condotto test per stimare la sensibilità dei loro metodi di ricerca, inclusa la simulazione di segnali di pulsar e l'inserimento nei dati reali per vedere se potevano comunque essere identificati.

Per i pulsar che ruotano velocemente, il team ha trovato che la densità di flusso (o potenza) necessaria per rilevarli era di circa 0,02 mJy per ALMA, 0,4 mJy per LMT e 1 mJy per il telescopio IRAM 30m. Questo indica che mentre potrebbero essere in grado di rilevare pulsar molto brillanti, molti potenziali candidati probabilmente rimarrebbero sotto queste soglie.

#Popolazione Potenziale di Pulsar

I ricercatori hanno notato che il numero stimato di pulsar nel Centro Galattico potrebbe variare da centinaia a migliaia. Tuttavia, data l'alta frequenza utilizzata nelle loro osservazioni e la tipica emissione debole dei pulsar, è probabile che siano stati in grado di rilevare solo una piccola frazione dei pulsar che potrebbero esistere in questa regione.

Il loro studio suggerisce che molti pulsar potrebbero emettere segnali al di sotto dei limiti di rilevamento della loro ricerca, in particolare i pulsar millisecondo (MSP), noti per essere meno luminosi rispetto ai pulsar regolari.

#Implicazioni per la Ricerca Futura

Anche se non sono stati trovati nuovi pulsar, questa ricerca getta le basi per studi futuri che potrebbero migliorare le strategie di rilevamento. Ci sono diversi modi per migliorare la ricerca di pulsar nel Centro Galattico. Ad esempio, le future osservazioni potrebbero utilizzare una larghezza di banda più ampia, consentendo una raccolta dati più sensibile.

Inoltre, utilizzare i punti di forza combinati dell'intero array EHT attraverso una somma coerente dei dati potrebbe aumentare significativamente la sensibilità e migliorare le capacità di rilevamento. Raccogliere dati in momenti diversi potrebbe anche aiutare a tenere conto delle fluttuazioni nelle emissioni dei pulsar, rendendo più facile individuarli.

#Conclusione

In generale, la ricerca di pulsar vicino a Sgr A* con i dati EHT del 2017 non ha portato a nuove scoperte, il che non implica che i pulsar non esistano in quella regione. Le metodologie e le analisi hanno fornito intuizioni preziose su ciò che le future ricerche dovrebbero considerare e hanno evidenziato le sfide nel rilevare segnali deboli di pulsar in un ambiente galattico affollato e complesso.

I risultati suggeriscono che con tecniche migliori e osservazioni a diverse frequenze e condizioni, potrebbe ancora essere possibile trovare pulsar attorno a Sgr A* e avanzare nella nostra comprensione della fisica fondamentale in ambienti estremi. Questa ricerca funge da trampolino per sforzi in corso per svelare i misteri dell'universo e il comportamento dei corpi celesti che lo popolano.