Spectral and timing properties of transient anomalous x-ray pulsars

Negli ultimi anni, grazie alla nuova generazione di satelliti (in particolare Chandra e XMM-Newton), è divenuto possibile osservare, con alta risoluzione, un crescente numero di stelle di neutroni isolate (INSs) che emettono raggi X. Molte nuove classi di INSs che emettono raggi X sono state scoperte, nessuna delle quali emette nel radio, o con proprietà nel radio in disaccordo con quelle delle PSRs: X-ray Dim Isolated Neutron Stars (XDINSs), Anomalous X-ray Pulsars (AXPs) e Soft Gamma-ray Repeaters (SGRs), Central Compact Objects (CCOs), Rotating Radio Transient (RRATs, in un caso). AXPs e SGRs sono due gruppi di INSs con caratteristiche peculiari, formati in tutto da 15 oggetti (6 SGRs e 9 AXPs più una candidata). Anche se meno numerose delle PSRs, questi oggetti sono stati ampiamente studiati proprio in virtù delle loro proprietà peculiari ed estreme. Gli SGRs mostrano bursts e flares con intensità tra le $\sim 10^2$ e le $\sim 10^{11}$ volte la loro luminosit\`a quiescente in banda X ($10^{34} - 10^{36} \ {\rm erg/s}$). Nell'ultima decade fenomeni spettrali transienti sono stati osservati in alcune AXPs, con un aumento di luminosità compreso tra alcune decine e alcune centinaia di volte la luminosità di quiescenza. Le molte similarità nelle proprietà spettrali e di timing di SGRs e AXPs portano a suggerire che questi oggetti possano essere nient'altro che differenti manifestazioni dello stesso fenomeno. Si ritiene che queste sorgenti ospitino una Magnetar, una stella di neutroni ultra magnetizzata con campo magnetico pari a $\sim 10^{14}-10^{15}$ G. Nel modello Magnetar l'emissione da SGRs e AXPs proviene dall'espansione del campo magnetico ultra intenso piuttosto che ad energie di tipo rotazionale, gravitazionale o termico. Nelle Magnetars il campo magnetico esterno potrebbe acquisire una componente di tipo toroidale, come conseguenza della deformazione della crosta della stella indotta dall'intensissimo campo magnetico interno. Il risultato netto è un twist della magnetosfera della stella; inoltre le correnti richieste per supportare il campo non potenziale potrebbero dar luogo ad una profondità ottica sufficientemente spessa per il resonant cyclotron scattering (RCS). Di conseguenza ci si aspetta una distorsione negli spettri termici, dato che i fotoni primari guadagnano energia nei ripetuti urti con le particelle cariche presenti nella magnetosfera. Gli spettri all'uscita della magnetosfera twistata in presenza di RCS sono stati studiati da svariati autori (Lyutikov e Gavriil, 2006, Fernandez e Thompson, 2007, Nobili Turolla e Zane, 2008) e questo modello è stato applicato agli spettri di SGRs e AXPs da Rea et al. 2008 and Zane et al., 2008. Il codice montecarlo 3D creato da Nobili, Turolla e Zane (2008) è lo strumento più avanzato per calcolare curve di luce e spettri. Gli spettri così ottenuti possono essere descritti in termini di 5 parametri: l'angolo di twist $\Delta \phi$, la velocità di bulk degli elettroni $\beta$, la temperatura superficiale $T$ e i due angoli geometrici $\chi$ e $\xi$ ($\xi$ è il disassamento tra campo magnetico e asse di rotazione mentre $\chi$ è l'inclinazione della linea di vista rispetto all'asse di rotazione). In questo lavoro, riadattato dall'articolo Albano et al., 2010, viene presentato un ampio studio dei profili pulsati e dell'evoluzione spettrale delle due TAXPs a partire dall'inizio dell'outburst. Confrontando i dati di timing con le curve di luce sintentiche ottenute con il modello di magnetosfera twistata (Nobili, Turolla e Zane, 2008) siamo stati in grado di stimare l'evoluzione temporale del parametri fisici della sorgente (temperatura superficiale e area emittente, energia degli elettroni, angolo di twist). I fit del profilo pulsato ci permettono anche di asserire la eometria del sistema, e cioè l'angolo fra campo magnetico e asse di rotazione e quello tra asse di rotazione e linea di vista. I modelli spettrali, ottenuti dai valori dei parametri derivati dall'analisi di timing, danno dei fit accettabili dei dati di XMM-Newton.