I lampi in blu brillante e verde in questa immagine della galassia NGC 6946 mostrano le posizioni delle sorgenti di raggi X estremamente luminose catturate dall’osservatorio spaziale NuSTAR della NASA.
Generate da alcuni dei processi più energetici dell’universo, queste sorgenti di raggi X sono rare rispetto alle molte fonti di luce visibili nell’immagine di sfondo. Un nuovo studio, pubblicato sull’Astrophysical Journal, offre alcune possibili spiegazioni per l’aspetto sorprendente della fonte verde vicino al centro della galassia, che è apparsa alla vista ed è scomparsa nel giro di poche settimane.
L’obiettivo principale delle osservazioni NuSTAR era studiare la supernova – l’esplosione di una stella molto più massiccia del nostro Sole – che appare come una brillante macchia blu-verde in alto a destra. Questi eventi violenti possono brevemente produrre abbastanza luce visibile da eclissare intere galassie costituite da miliardi di stelle. L’esplosione di una supernova generano anche molti degli elementi chimici pesanti del nostro universo.
La chiazza verde vicino al fondo della galassia non era visibile durante la prima osservazione NuSTAR ma brillava fortemente all’inizio di una seconda osservazione 10 giorni dopo. L’osservatorio dei raggi X Chandra della NASA, in seguito ha osservato che la fonte – nota come fonte di raggi X ultraluminosa o ULX – era scomparsa altrettanto rapidamente. Da allora l’oggetto è stato chiamato ULX-4 perché è il quarto ULX identificato in questa galassia. Nessuna luce visibile è stata rilevata con la sorgente di raggi X, un fatto che molto probabilmente esclude la possibilità che sia una supernova.
“Dieci giorni sono davvero pochi per far apparire un oggetto così luminoso“, ha dichiarato Hannah Earnshaw, ricercatrice post-dottorato presso il Caltech di Pasadena, California, e autrice principale del nuovo studio. “Di solito con NuSTAR, osserviamo cambiamenti più graduali nel tempo e spesso non osserviamo più volte una fonte in rapida successione. In questo caso, siamo stati fortunati ad avere una fonte che cambiava molto rapidamente, il che è molto interessante“.
Possibile buco nero
Il nuovo studio esplora la possibilità che la luce provenga da un buco nero che sta consumando un altro oggetto, come una stella. Se un oggetto si avvicina troppo a un buco nero, la gravità può frammentarlo, portando i detriti in un’orbita stretta attorno al buco nero. Il materiale sul bordo interno di questo disco appena formato inizia a muoversi così velocemente che si riscalda fino a milioni di gradi e irradia i raggi X. (La temperatura di superficie del Sole, per confronto confronto, è di circa 5.500 gradi Celsius).
La maggior parte degli ULX ha una lunga durata perché sono creati da un oggetto denso, come un buco nero, che “si nutre” della stella per un lungo periodo di tempo. Le fonti di raggi X di breve durata o “transitorie” come ULX-4 sono molto più rare, quindi un singolo evento drammatico – come un buco nero che distrugge rapidamente una piccola stella – potrebbe spiegare l’osservazione.
Tuttavia, ULX-4 potrebbe non essere un evento unico e gli autori del documento hanno esplorato altre potenziali spiegazioni per questo oggetto. Una possibilità: la fonte di ULX-4 potrebbe essere una stella di neutroni.
Le stelle di neutroni sono oggetti estremamente densi formati dall’esplosione di una stella che non era abbastanza grande da formare un buco nero. Con circa la stessa massa del nostro Sole ma racchiuso in un oggetto delle dimensioni di una grande città, le stelle di neutroni possono, come i buchi neri, attirare materiale e creare un disco di detriti in rapido movimento. Questo, a sua volta, può generare sorgenti di raggi X ultraluminose a lenta alimentazione, sebbene la luce a raggi X sia prodotta attraverso processi leggermente diversi rispetto agli ULX creati dai buchi neri.
Le stelle di neutroni generano campi magnetici così forti da poter creare “colonne” che incanalano il materiale sulla superficie, generando potenti raggi X nel processo. Ma se la stella di neutroni ruota in modo particolarmente veloce, quei campi magnetici possono creare una barriera, rendendo impossibile per il materiale raggiungere la superficie della stella.
“Sarebbe come cercare di saltare su una giostra che gira a migliaia di chilometri l’ora“, ha detto Earnshaw.
L’effetto barriera impedirebbe alla stella di essere una fonte luminosa di raggi X ad eccezione di quei momenti in cui la barriera magnetica potrebbe vacillare brevemente, permettendo al materiale di scivolare attraverso e cadere sulla superficie della stella di neutroni. Questa potrebbe essere un’altra possibile spiegazione dell’improvvisa comparsa e scomparsa di ULX-4. Se la stessa fonte dovesse riaccendersi, potrebbe supportare questa ipotesi.
“Questo risultato è un passo verso la comprensione di alcuni dei casi più rari ed estremi in cui la materia si accumula nei buchi neri o nelle stelle di neutroni“, ha spiegato Earnshaw.
NuSTAR è una missione guidata dal Caltech e gestita dal JPL per la direzione di missione scientifica della NASA a Washington. NuSTAR è stato sviluppato in collaborazione con l’Università tecnica danese e l’Agenzia spaziale italiana (ASI). La navicella spaziale è stata costruita dalla Orbital Sciences Corp. a Dulles, in Virginia.
Il centro operativo della missione NuSTAR si trova presso l’Università della California, Berkeley, mentre l’archivio dati ufficiale si trova presso il Centro di ricerca dell’archivio di scienza dell’astrofisica delle alte energie della NASA. ASI fornisce la stazione di terra della missione e un archivio mirror. Il Caltech gestisce il JPL per la NASA.
Per saperne di più sulla missione NuSTAR della NASA: https://www.nustar.caltech.edu/
Fonte: Jet propulsion Laboratory della NASA
