LO STUDIO DEGLI ECHI LUCE

Circinus X-1, il signore degli anelli

Gli astronomi hanno utilizzato un metodo che sfrutta la geometria degli echi luce prodotti a seguito di un outburst di una stella di neutroni in un sistema binario. I risultati di questo studio, riportati su Astrophysical Journal, permettono di sperimentare una tecnica che potrebbe servire per stimare le distanze delle sorgenti X. Ora gli astronomi sanno che Circinus X-1, uno degli oggetti più bizzarri della nostra galassia, si trova a 30.700 anni luce dalla Terra

Un outburst, cioè una massiva emissione di alta energia visibile visibile sotto forma di raggi X, originatasi verso la fine del 2013 da una stella di neutroni, situata nel cuore di una delle supernovae più strane presenti nella nostra galassia, ha prodotto degli echi luminosi che si sono creati nel momento in cui i raggi X sono rimbalzati sulle nubi di polvere dello spazio interstellare. Con grande sorpresa, gli astronomi hanno potuto sfruttare questo evento per ricavare una sorta di “righello cosmico” che ha permesso di stimare la distanza a cui si trova Circinus X-1 (Cir X-1). I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal.

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La storia evolutiva del sistema stellare Cir X-1: 1) Dopo essere nate, due stelle ordinarie orbitano l’una attorno all’altra per qualche milione di anni; 2) La stella più massiva esaurisce il proprio combustibile nucleare ed esplode formando una supernova. Il prodotto finale è una stella di neutroni; 3) La stella di neutroni e la compagna formano il sistema binario Cir X-1. L’esplosione ha deformato l’orbita della stella di neutroni diventando ellittica. Quando le due stelle si trovano alla minima distanza, la stella di neutroni cattura il materiale della compagna; 4) Oggi osserviamo Cir X-1 circa 2500 anni dopo l’esplosione. Tipicamente, i sistemi binari X possono essere osservati ancora per milioni o miliardi di anni dopo l’esplosione. I loro resti di supernova sono scomparsi da tempo. Credit: Univ. of Wisconsin-Madison/S.Heinz et al.

Situato nel piano galattico, Circinus X-1 è un “mostro del cielo”, una sorta di “buccia incandescente” che fa parte di un sistema stellare binario. Il sistema consiste di una nebulosa e di una stella di neutroni, quest’ultima il nucleo collassato, incredibilmente denso, di una stella esplosa circa 2500 anni che ancora rimane legata all’abbraccio orbitale della sua stella compagna. Il sistema stellare viene chiamato binaria X perchè man mano che la materia della stella compagna cade, spiraleggiando, verso la stella di neutroni essa viene riscaldata fino a raggiungere temperature elevatissime emettendo così raggi X. “Verso la fine del 2013, la stella di neutroni generò un enorme outburst che durò circa due mesi, diventando una delle sorgenti X più brillanti del cielo”, spiega Sebastian Heinz della University of Wisconsin-Madison. “Dopodichè si è spenta”.

Circinus X-1 è un oggetto bizzarro, una sorgente frenetica di raggi X della nostra galassia. Situato nel piano galattico, dove non può essere osservato dai telescopi ottici a causa delle nubi di polvere interstellare, Cir X-1 è una sorta di ‘buccia incandescente’ di un sistema binario, esploso circa 2500 anni fa. Esso consiste di una stella di neutroni che orbita attorno ad una stella compagna da cui risucchia la materia secondo un processo che dà luogo all’emissione X. Credit: NASA/Chandra X-ray Observatory

Le minime variazioni della radiazione X proveniente dal sistema binario vennero monitorate da un rivelatore situato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Il gruppo di ricercatori, guidato da Heinz, pianificò con tempestività una serie di osservazioni successive, grazie all’ausilio dell’osservatorio spaziale Chandra e del satellite XMM-Newton, che portarono alla scoperta di quattro anelli brillanti di raggi X, simili a delle increspature presenti in uno “stagno cosmico”, che circondano la stella di neutroni localizzata nel cuore di Circinus X-1. Gli anelli X sono gli echi luce dell’outburst generato da Circinus X-1. «Ognuno dei quattro anelli», dice Heinz, «rappresenta una densa nube di polvere interposta lungo la linea di vista. Quando i raggi X incontrano i granelli di polvere dello spazio interstellare essi vengono deviati. Se poi queste nubi di polvere sono molto dense, esse possono diffondere una notevole frazione di raggi X dalla loro direzione originaria, facendoli percorrere una traiettoria triangolare».

Secondo gli autori, questo fenomeno potrebbe fornire agli astronomi un metodo per sfruttare la geometria degli anelli luminosi e il ritardo temporale tra i raggi X diffusi e non in modo da calcolare la distanza a cui si trova il sistema stellare, una misura che non è stata possibile effettuare prima dato che la supernova è nascosta dalle polveri che sono distribuite nel piano galattico. «Possiamo utilizzare la geometria degli anelli di luce e il ritardo temporale per fare una sorta di tomografia X», continua Heinz. «Dato che i raggi X hanno viaggiato seguendo un percorso triangolare piuttosto che in linea retta, essi impiegano più tempo prima di raggiungerci».

Dunque, mettendo insieme le misure eseguite dai ricercatori con le osservazioni delle nubi di polvere realizzate con il radiotelescopio Mopra situato in Australia, il team è stato in grado di determinare quali nubi di polvere sono effettivamente responsabili di ciascuno dei quattro echi luce. «Mediante questa tecnica di identificazione, possiamo determinare accuratamente, e per la prima volta, la distanza a cui si trova la sorgente. In astronomia, le misure di distanza sono complicate, specialmente per gli oggetti come Circinus X-1 che è nascosto nel piano della Via Lattea da uno spesso strato di polvere, il che rende impossibile eseguire le osservazioni con i telescopi ottici. In questo caso, abbiamo sfruttato in maniera diversa la presenza della polvere per sperimentare un nuovo metodo che ci permette di stimare le distanze delle sorgenti X», conclude Heinz. Grazie a questo lavoro, ora gli astronomi sanno che Circinus X-1, uno degli oggetti più bizzarri della nostra galassia, si trova a 30.700 anni luce dalla Terra.


arXiv: Lord of the Rings: A Kinematic Distance to Circinus X-1 from a Giant X-Ray Light Echo

arXiv: The Youngest Known X-ray Binary: Circinus X-1 and its Natal Supernova Remnant