Site icon Global Science

Vedere emissioni a raggi X potrebbe essere un problema di prospettiva

La maggior parte degli oggetti cosmici, comprese le stelle, irradiano poca luce a raggi X, in particolare nella gamma ad alta energia vista da NuSTAR. Gli ULX (sorgenti ultraluminose a raggiX), al contrario, sono come fari a raggi X che tagliano l’oscurità. Per essere considerata un ULX, una sorgente deve avere una luminosità dei raggi X che è circa un milione di volte più brillante dell’emissione luminosa totale del Sole (a tutte le lunghezze d’onda). Le ULX sono così luminose che possono essere viste a milioni di anni luce di distanza, in altre galassie.
Un nuovo studio mostra che l’oggetto noto come SS 433, situato nella Via Lattea e solo a circa 20.000 anni luce dalla Terra, è un ULX, anche se sembra essere circa 1.000 volte più debole della soglia minima per essere considerato tale.

Questa debolezza sarebbe solo un problema di prospettiva: i raggi X ad alta energia della SS 433 sono inizialmente confinati all’interno di due coni di gas che si estendono verso l’esterno dai lati opposti dell’oggetto centrale. Questi coni sono simili a una ciotola a specchio che circonda una lampadina: raggruppano la luce dei raggi X da SS 433 in un raggio stretto, finché non fuoriesce e viene rilevato da NuSTAR. Ma poiché i coni non puntano direttamente verso la Terra, NuSTAR non può vedere la piena luminosità dell’oggetto.
«Sospettavamo da tempo che alcuni ULX emettessero luce in colonne strette come una torcia, piuttosto che in ogni direzione come una lampadina», afferma Matt Middleton, professore di astrofisica presso l’Università di Southampton nel Regno Unito e autore principale dello studio. «Nel nostro studio, confermiamo questa ipotesi dimostrando che SS 433 si qualificherebbe come ULX per un osservatore faccia a faccia».

Questa illustrazione mostra SS 433, un buco nero o una stella di neutroni, mentre estrae materiale dalla sua stella compagna. Il materiale stellare forma un disco attorno alla SS 433 e parte del materiale viene espulso nello spazio sotto forma di due getti sottili (rosa) che viaggiano in direzioni opposte lontano dalla SS 433.

Se un ULX relativamente vicino alla Terra può nascondere la sua vera luminosità a causa di come è orientato, allora ci sono probabilmente più ULX, in particolare in altre galassie, mascherati in modo simile. Ciò significa che la popolazione totale di ULX dovrebbe essere molto più grande di quanto attualmente osservano gli scienziati.
Circa 500 ULX sono stati trovati in altre galassie e la loro distanza dalla Terra significa che spesso è quasi impossibile dire quale tipo di oggetto genera l’emissione di raggi X. I raggi X probabilmente provengono da una grande quantità di gas che viene riscaldata a temperature estreme, poiché viene attratta dalla gravità di un oggetto molto denso. Quell’oggetto potrebbe essere una stella di neutroni (i resti di una stella collassata) o un piccolo buco nero, di non più di 30 volte la massa del nostro Sole. Il gas forma un disco attorno all’oggetto, come l’acqua che circonda uno scarico. L’attrito nel disco fa aumentare la temperatura, facendolo irradiare, a volte diventando così caldo che il sistema emette raggi X. Più velocemente il materiale cade sull’oggetto centrale, più luminosi sono i raggi X.

Gli astronomi sospettano che l’oggetto nel cuore della SS 433 sia un buco nero di circa 10 volte la massa del nostro Sole. Quello che è noto per certo è che sta cannibalizzando una grande stella vicina, e che la sua gravità sottrae materiale a un ritmo rapido. In un solo anno, SS 433 ruba l’equivalente di circa 30 volte la massa della Terra, il che lo rende il più avido buco nero o stella di neutroni conosciuta nella nostra galassia.

L’oggetto in SS 433 ha gli occhi più grandi del suo stomaco: sta rubando più materiale di quanto possa consumare. Parte del materiale in eccesso viene espulso dal disco e forma due emisferi sui lati opposti del disco. All’interno di ognuno c’è un vuoto a forma di cono che si apre nello spazio. Questi sono i coni che raggruppano la luce dei raggi X ad alta energia in un raggio. Chiunque guardi verso il basso uno dei coni vedrebbe un evidente ULX. Sebbene composti solo da gas, i coni sono così spessi e massicci che si comportano come pannelli di piombo in una sala di screening a raggi X e impediscono ai raggi X di attraversarli di fianco.

La maggior parte delle volte, entrambi i coni della SS 433 puntano ben lontano dalla Terra. Ma periodicamente accade che uno dei coni si inclini leggermente verso la Terra, permettendo agli scienziati di vedere un po’ della luce dei raggi X che esce dalla parte superiore del cono. Nel nuovo studio, gli scienziati hanno esaminato come cambiano i raggi X visti da NuSTAR quando si muove SS 433. I risultati mostrano che se il cono continuasse a inclinarsi verso la Terra in modo che gli scienziati potessero scrutarlo direttamente, vedrebbero abbastanza luce a raggi X per chiamare ufficialmente SS 433 un ULX.

I buchi neri che si nutrono a ritmi estremi hanno plasmato la storia del nostro universo. I buchi neri supermassicci, che sono milioni o miliardi di volte la massa del Sole, possono influenzare profondamente la loro galassia ospite quando si nutrono. All’inizio della storia dell’universo, alcuni di questi enormi buchi neri potrebbero essersi nutriti alla velocità della SS 433, rilasciando enormi quantità di radiazioni che hanno rimodellato gli ambienti locali. I flussi in uscita (come i coni nella SS 433) ridistribuivano la materia, che alla fine potrebbe aver formato stelle e altri oggetti.

Ma poiché questi colossi, che consumano rapidamente, risiedono in galassie incredibilmente distanti, rimangono difficili da studiare. Con SS 433, gli scienziati hanno trovato un esempio in miniatura di questo processo, molto più vicino a casa e molto più facile da studiare, e NuSTAR ha fornito nuove informazioni sull’attività che si verifica in queste misteriose sorgenti ultraluminose.

Exit mobile version