Polarized emission from highly-magnetized neutron stars

Lo studio delle magnetars, anomalous X-ray pulsars (AXPs) e soft gamma repeaters (SGRs), e delle X-ray Dim Isolated Neutron Stars (XDINSs) è di particolare rilevanza, dal momento che questi oggetti mostrano i più forti campi magnetici mai osservati nell'universo (10^13-10^15 G) e rappresentano i soli laboratori dove la fisica in presenza di campi magnetici così forti può essere testata. Fino ad ora, queste particolari stelle di neutroni sono state studiate attraverso misure spettroscopiche e di timing, che hanno portato a corroborare i modelli teorici formulati per spiegare la loro fenomenologia, come nel caso del "twisted magnetosphere'' model per le magnetars o dei diversi modelli di emissione superficiale per le XDINSs. Cionondimeno, questa analisi da sola non riesce a fornire informazioni complete. A questo riguardo, la polarimetria X può svelare un approccio completamente nuovo nello studio delle stelle di neutroni altamente magnetizzate. La radiazione emessa in presenza di forti campi magnetici, infatti, è attesa essere altamente polarizzata; le misure di polarizzazione forniscono due osservabili aggiuntivi, la frazione di polarizzazione lineare e l'angolo di polarizzazione, che possono determinare senza ambiguità i parametri dei modelli anche quando la sola analisi spettrale si dimostra insufficiente. Il segnale di polarizzazione che un osservatore riceve all'infinito, tuttavia, non coincide necessariamente con ciò che i modelli predicono per la polarizzazione alla superficie, a causa degli effetti dell'elettrodinamica quantistica nel vuoto fortemente magnetizzato attorno alla stella, accoppiato con la rotazione dei parametri di Stokes nel piano perpendicolare alla linea di vista, indotta dal campo magnetico non uniforme. In questa tesi presento i risultati dei codici numerici che ho sviluppato per simulare il pattern di polarizzazione, sia alla superficie che all'infinito, della radiazione emessa da stelle di neutroni isolate altamente magnetizzate, usando come modelli la luminosa AXP 1RXS 170849.0-400910 e la XDINS RX J1856.5-3754. Dimostrerò che le misure di polarizzazione possono effettivamente fornire informazioni cruciali sulle proprietà fisiche e geometriche di queste sorgenti, permettendo di testare direttamente i modelli teorici. Questo lavoro è inoltre rilevante in vista del lancio di polarimetri X di nuova generazione, attualmente in fase di sviluppo, come l'X-ray Imaging Polarimetry Explorer (XIPE). Per questa ragione, confronterò i modelli teorici con osservazioni simulate di XIPE, allo scopo di mostrare come le misure di polarizzazione possono essere utilizzate per estrarre i valori dei parametri relativi alla magnetosfera e gli angoli di vista.