Pulsar “timing” • Considerazioni tecniche • Modelli di timing • Pulsar Binarie Ancora sulla Dispersione… Dispersione: • Gli elettroni liberi nel mezzo interstellare causano dispersione • Impulsi a bassa frequenza arrivano prima ( in MHz): dt 4.15 10 6 2 low 2 high DM • Se non corretto, l’impulso sarà “diluito” attraverso la banda t 8.3 103 DM 3 ms per MHz Strumenti Receiver Filterbank Data-Acq. ISM L’Arte del Pulsar Timing • Elevata precisione • Test di GR unici …dopo il fit del modello: Pulsar Timing • Misura del tempo di arrivo degli impulsi (TOA) • Trasferimento al baricentro del sistema solare Stima dei Parametri • Parametri di spin: , , , • Parametri astrometrici: posizione, moto proprio, parallasse Pulsar Binarie • 5 Parametri Kepleriani: Porb, ap, e, , T0 • Parametri Post-Kepleriani • Funzione di massa: 4 f ( m p , mc ) G 2 a p sin i 3 2 orb P mc sin i 3 m mc 2 p • Assumendo una massa canonica di 1.4 M si può stimare la massa della compagna in funzione di i. La massa minima si ha per i=90° Pulsar Binarie • Un esempio interessante: PSR J1740-3052 • P = 570ms - Periodo orbitale 230 giorni • Eccentricità = 0.579 • Massa minima della compagna 11 M • Nessuna evidenza ottica di una stella di massiva ! Pulsar Timing: Sommario • Si paragona il modello (,, P, dP/dt, Porb, etc..) con i TOA • Si ottiene una soluzione coerente, con residui “random” Straordinaria precisione: il Periodo di PSR B1937+21: P = 0.00155780649243270.0000000000000004 s L’eccentricità orbitale di J1012+5307: e < 0.8 x 10-6 – L’oggetto più “rotondo” dell’Universo 3 – Le Pulsars come strumenti Vedremo adesso alcune applicazioni: • • • • • • Teorie della gravità Cosmologia Pianeti al di fuori del sistema solare Explosioni di Supernova Mezzo interstellare Fisica della materia ultradensa Teorie della Gravità: Onde Gravitazionali Le due stelle si fonderanno in ~300 Milioni di anni • L’orbita si restringe di 1 cm al giorno! Una scoperta recente (Tesi di Dottorato di Marta Burgay): La prima pulsar doppia: due pulsar in un sistema binario altamente relativistico Porb= 2.4 hr e = 0.08 PA = 22 ms PB = 2.8 s Tempo di coalescenza di soli 85 Milioni di anni Implica un aumento del tasso di coalescnza dei sistemi binari di almeno un ordine di grandezza. Avanzamento relativistico del periastro di 16° per anno, il più elevato mai osservato Misura estremamente precisa dello “Shapiro delay” Decadimento del periodo orbitale dovuto alla perdita di energia per emissione di onde gravitazionali osservabile in pochi mesi Le millisecond pulsar come “rivelatori” di Onde Gravitazionali • Timing “relativo” di un campione di millisecond pulsar • “Bracci” di un gigantesco rivelatore di onde gravitazionali. Pulsar Timing Array I primi pianeti al di fuori del sistema Solare, in orbita attorno a una pulsar. PSR B1257+12 by Wolszczan & Frail (1992) Evidenza di esplosioni di Supernova asimmetriche • Evidenza - Disallineamento fra momento di spin e momento orbitale - Velocità spaziali delle pulsar fino a 1000 km/s • Meccanismo di “kick” sconosciuto Precessione Geodetica • Accoppiamento Relativistico Spin-Orbita • Previsto per la prima pulsar binaria da Damour & Ruffini (1974) • Periodo di precessione previsto in GR: (e.g. Barker & O’Connell 1975, Börner et al. 1975) • Per la prima pulsar binaria B1913+16: p = 1.21 deg/year Quali effetti ci aspettiamo di osservare ? The Effects of Geodetic Precession The Effects of Geodetic Precession • La pulsar può non essere sempre visibile • La forma dell’impulso può cambiare Cosa abbiamo osservato per la PSR B1913+16? La forma dell’impulso di PSR B1913+16 1981 Weisberg et al.’89 1995 Precessione geodetica in B1913+16 • Il fascio diventa più piccolo • La pulsar sparirà nel 2025 “Glitch” delle pulsar giovani Fisica dello stato solido in condizioni estreme: I R 2 I R Per /=10–8: R=-0.1mm! Con I “glitch” si studia la struttura interna delle stelle di neutroni I “glitch” sono sovrapposti al rallentamento secolare Dal fenomeno di rilassamento si ricavano informazioni sul supefluido Pulsar come sonde della struttura della Galassia • • • Modello di densità degli elettroni liberi nel mezzo interstellare Disomogeneità del mezzointerstellare Struttura della Galassia Old situation: New situation: