L’immagine sopra presenta uno spettacolare insieme di anelli attorno a un buco nero, catturato utilizzando l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e l’Osservatorio Swift di Neil Gehrels.
Le immagini a raggi X degli anelli giganti rivelano informazioni sulla polvere situata nella nostra galassia, utilizzando un principio simile ai raggi X eseguiti negli studi medici e negli aeroporti.
Il buco nero fa parte di un sistema binario chiamato V404 Cygni, situato a circa 7.800 anni luce dalla Terra. Il buco nero sta attivamente attirando materiale da una stella compagna, con circa la metà della massa del Sole, in un disco attorno all’oggetto invisibile. Questo materiale brilla nei raggi X, quindi gli astronomi si riferiscono a questi sistemi come “binari a raggi X”.
Il 5 giugno del 2015, Swift ha scoperto un’esplosione di raggi X da V404 Cygni. L’esplosione ha creato gli anelli ad alta energia da un fenomeno noto come echi di luce.
Invece di onde sonore che rimbalzano su una parete del canyon, gli echi di luce intorno a V404 Cygni sono stati prodotti quando una raffica di raggi X dal sistema di buchi neri è rimbalzata su nuvole di polvere tra V404 Cygni e la Terra.
La polvere cosmica non è come la polvere domestica, ma è più simile al fumo e consiste in minuscole particelle solide.
In questa immagine composita, i raggi X di Chandra (azzurro) sono stati combinati con i dati ottici del telescopio Pan-STARRS alle Hawaii che mostrano le stelle nel campo visivo. L’immagine contiene otto anelli concentrici separati.
Ogni anello è creato dai raggi X dei brillamenti V404 Cygni osservati nel 2015 che si riflettono su diverse nuvole di polvere.
Un team di ricercatori guidato da Sebastian Heinz dell’Università del Wisconsin a Madison ha analizzato 50 osservazioni Swift del sistema effettuate nel 2015 tra il 30 giugno e il 25 agosto e le osservazioni di Chandra fatte l’11 e il 25 luglio 2015.
È stato un evento così brillante che gli operatori di Chandra hanno volutamente posizionato V404 Cygni tra i rilevatori in modo che un’altra esplosione luminosa non danneggi lo strumento.
Gli anelli raccontano agli astronomi non solo il comportamento del buco nero, ma anche il paesaggio tra V404 Cygni e la Terra. Ad esempio, il diametro degli anelli nei raggi X rivela le distanze dalle nuvole di polvere intermedie su cui la luce è rimbalzata.
Se la nuvola è più vicina alla Terra, l’anello sembra essere più grande e viceversa. Gli echi di luce appaiono come anelli stretti piuttosto che anelli larghi o aloni perché l’esplosione di raggi X è durata solo un periodo di tempo relativamente breve.
I ricercatori hanno anche usato gli anelli per sondare le proprietà delle stesse nuvole di polvere. Hanno confrontato gli spettri dei raggi X, ovvero la luminosità dei raggi X su una gamma di lunghezze d’onda, con modelli computerizzati di polvere con composizioni diverse.
Diverse composizioni di polvere risulteranno in diverse quantità di raggi X a bassa energia assorbiti e impediti di essere rilevati con Chandra. Questo è un principio simile al modo in cui diverse parti del nostro corpo o del nostro bagaglio assorbono diverse quantità di raggi X, fornendo informazioni sulla loro struttura e composizione.
Il team ha determinato che la polvere molto probabilmente contiene miscele di grafite e grani di silicato. Inoltre, analizzando gli anelli interni con Chandra, hanno scoperto che le densità delle nuvole di polvere non sono uniformi in tutte le direzioni. Studi precedenti hanno ipotizzato di no.
Un articolo che descrive i risultati di V404 Cygni è stato pubblicato nel numero del 1 luglio 2016 di The Astrophysical Journal. Gli autori dello studio sono Sebastian Heinz, Lia Corrales (Università del Michigan), Randall Smith (Centro di Astrofisica Harvard & Smithsonian), Niel Brandt (Università statale della Pennsylvania), Peter Jonker (Istituto olandese per la ricerca spaziale), Richard Plotkin (Università del Nevada, Reno), e Joey Neilson (Università di Villanova).
Questo risultato è correlato a una scoperta simile della binaria a raggi X Circinus X-1, che contiene una stella di neutroni anziché un buco nero, pubblicata in un articolo nel numero del 20 giugno 2015, di The Astrophysical Journal, intitolato “Il Signore degli Anelli: una distanza cinematica da Circinus X-1 da un’eco di luce a raggi X gigante“. Anche questo studio è stato condotto anche da Sebastian Heinz.
Ci sono stati più articoli pubblicati ogni anno che riportano studi sull’esplosione di V404 Cygni nel 2015 che ha causato questi anelli. Precedenti esplosioni sono state registrate nel 1938, 1956 e 1989, quindi gli astronomi potrebbero avere ancora molti anni per continuare ad analizzare quella del 2015.