Vedere alcuni emettitori di raggi X cosmici può essere una questione di prospettiva

È difficile non notare il raggio di una torcia puntato direttamente su di te. Ma questo raggio visto di lato appare notevolmente debole. Lo stesso vale per alcuni oggetti cosmici: come una torcia, essenzialmente brillano in una direzione e hanno un aspetto notevolmente diverso a seconda che il raggio si allontani dalla Terra (e dai telescopi spaziali vicini) o direttamente verso di essa.

Nuovi dati dall’osservatorio spaziale NuSTAR della NASA suggeriscono che questo fenomeno si applica ad alcuni dei più importanti emettitori di raggi X nell’universo locale: sorgenti di raggi X ultra-luminose o ULX. La maggior parte degli oggetti cosmici, comprese le stelle, emettono pochissima luce a raggi X, specialmente nella banda ad alta energia vista da NuSTAR. Al contrario, gli ULX sono come beacon a raggi X che tagliano l’oscurità. Per essere considerata un ULX, una sorgente deve avere una luminosità dei raggi X che è un milione di volte più brillante dell’emissione totale della luce solare (a tutte le lunghezze d’onda). Le ULX sono estremamente luminose e possono essere viste a milioni di anni luce di distanza, in altre galassie.

Il nuovo studio mostra che l’oggetto noto come SS 433, situato nella Via Lattea e a soli 20.000 anni luce dalla Terra, è ULX, anche se sembra essere circa 1.000 volte più debole del minimo che potrebbe essere considerato tale. .

Questa debolezza è un trucco di prospettiva, secondo lo studio: i raggi X ad alta energia dalla SS 433 sono inizialmente intrappolati all’interno di due coni di gas che si estendono verso l’esterno dai lati opposti del corpo centrale. Questi coni sono come una ciotola riflettente che circonda una torcia: intrappolano la luce dei raggi X dalla SS 433 in un fascio stretto, finché non fuoriesce e viene rilevata da Neustar. Ma poiché i coni non puntano direttamente verso la Terra, Neustar non può vedere la piena luminosità dell’oggetto.

Se un ULX relativamente vicino alla Terra potesse mascherare la sua vera luminosità a causa di come è orientato, probabilmente ci sarebbero più ULX, in particolare in altre galassie, mascherati in modo simile. Ciò significa che la popolazione totale di ULX deve essere molto più grande di quella che attualmente osservano gli scienziati.

cono scuro

Circa 500 ULX sono stati trovati in altre galassie e la loro distanza dalla Terra significa che spesso è quasi impossibile determinare quale tipo di oggetto sta generando l’emissione di raggi X. I raggi X sono probabilmente causati dal riscaldamento di una grande quantità di gas a temperature estreme poiché viene attratto dalla gravità di un oggetto molto denso. Questo oggetto può essere una stella di neutroni (il resto di una stella in collasso) o un piccolo buco nero, la cui massa non è più di 30 volte la massa del nostro Sole. Il gas forma un disco intorno al corpo, come l’acqua che circola intorno a uno scarico. L’attrito nel disco fa aumentare la temperatura, facendolo irradiare, a volte così caldo che il sistema erutta con i raggi X. Più velocemente il materiale cade sul corpo centrale, più luminosi sono i raggi X.

Gli astronomi credono che l’oggetto al centro della SS 433 sia un buco nero con una massa circa 10 volte quella del nostro sole. Quello che si sa per certo è che sta mangiando una grande stella vicina, e la sua gravità sta trascinando materiale a un ritmo rapido: in un anno, SS 433 ruba l’equivalente di circa 30 volte la massa della Terra dalla sua vicina, rendendola la più grande avido. Il buco nero o stella di neutroni conosciuto nella nostra galassia.

“È noto da molto tempo che questa cosa mangia a un ritmo esponenziale”, ha detto Middleton. “Questo è ciò che distingue gli ULX dagli altri oggetti ed è probabilmente la causa principale delle abbondanti quantità di raggi X che vediamo da loro”.

L’essere della SS 433 ha gli occhi più grandi della pancia: ruba più materiali di quanti ne possa consumare. Parte del materiale in eccesso viene espulso dal disco e si formano due emisferi su entrambi i lati del disco. All’interno di ognuno c’è un vuoto a forma di cono che si apre nello spazio. Questi sono coni che raccolgono la luce dei raggi X ad alta energia in un raggio. Chiunque guardi direttamente nella parte inferiore di uno dei coni vedrà un chiaro ULX. Sebbene siano costituiti solo da gas, i coni sono così spessi e ingombranti che agiscono come lastre di piombo in una camera di esame a raggi X e impediscono ai raggi X di attraversarli lateralmente.

Gli scienziati sospettano che parte dell’ULX possa essere nascosta alla vista per questo motivo. La SS 433 ha fornito un’opportunità unica per testare questa idea perché, come la parte superiore, oscilla attorno al proprio asse – un processo che gli astronomi chiamano proattivo.

Il più delle volte, entrambi i coni della SS 433 puntano troppo lontano dal suolo. Ma a causa del modo in cui avanza la SS 433, uno dei coni viene periodicamente inclinato leggermente verso la Terra, quindi gli scienziati possono vedere pochissima luce di raggi X che emerge dalla parte superiore del cono. Nel nuovo studio, gli scienziati hanno esaminato come cambiavano i raggi X visti da Neustar mentre si muoveva la SS 433. Hanno dimostrato che se il cono continuasse a inclinarsi verso la Terra in modo che gli scienziati potessero guardarlo direttamente dall’alto, vedrebbero abbastanza raggi X. luce per contattare formalmente la SS 433 a ULX.

I buchi neri che si nutrono a ritmi estremi hanno plasmato la storia dell’universo. I buchi neri supermassicci, con una massa da milioni a miliardi di volte la massa del Sole, possono influenzare profondamente la loro galassia ospite mentre si nutrono. All’inizio della storia dell’universo, alcuni di questi buchi neri supermassicci hanno probabilmente alimentato la 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 potrebbe eventualmente formare stelle e altre cose.

Ma poiché questi giganti che consumano velocemente si trovano in galassie incredibilmente distanti (quelle nel cuore della Via Lattea non mangiano molto al momento), sono ancora difficili da studiare. Con SS 433, gli scienziati hanno trovato un microcosmo di questo processo, molto più vicino a casa e molto più facile da studiare, e NuSTAR ha fornito nuove informazioni sull’attività che si svolge lì.

“Quando abbiamo lanciato NuSTAR, non credo che nessuno si aspettasse che gli ULX fossero un’area di ricerca così ricca per noi”, ha affermato Fiona Harrison, ricercatrice principale di NuSTAR e professore di fisica presso il California Institute of Technology di Pasadena, in California. . “Ma NuSTAR è unico in quanto può vedere quasi l’intera gamma di lunghezze d’onda dei raggi X emesse da questi oggetti, e questo ci dà un’idea dei processi estremi che devono essere alla base”.

NuSTAR è una piccola missione esplorativa guidata dal California Institute of Technology e gestita dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, una divisione del California Institute of Technology, per il Science Mission Directorate dell’agenzia a Washington. NuSTAR è stato sviluppato in collaborazione con l’Università Tecnica Danese e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Il veicolo spaziale è stato costruito dalla Orbital Sciences Corporation a Dallas, in Virginia (ora parte di Northrop Grumman). Il centro operativo della missione NuSTAR si trova presso l’Università della California, Berkeley, e l’archivio dati ufficiale è presso il Centro di ricerca dell’archivio di scienza astrofisica ad alta energia della NASA. L’ASI fornisce la stazione di terra della missione e un archivio con mirroring.