Quando pensiamo ai misteri dell’astrofisica, l’immaginazione corre a enormi punti interrogativi quali la natura dell’energia oscura o i processi di formazione dei buchi neri supermassicci. Gli enigmi con i quali i ricercatori si confrontano sono, in realtà, spesso molto più circoscritti e apparentemente modesti. Ma non per questo meno interessanti. Per esempio: cosa strappa gli elettroni in orbita nella shell più interna degli atomi di ferro presenti nella fotosfera delle stelle durante l’emissione di flare, o brillamenti? È un quesito che va sotto il nome di Fe Kα line, dal nome della riga di fluorescenza a 6.4 keV emessa, appunto, quando un elettrone della K shell (il “guscio” più vicino al nucleo atomico) viene espulso da un processo esterno.
Quale processo, dunque? I meccanismi ipotizzati sono essenzialmente due: la ionizzazione collisionale o la fotoionizzazione. Nel primo caso, a scippare gli elettroni del ferro sarebbero altri elettroni, che accelerati ad alte energie dall’innesco del flare entrano talvolta in collisione con quelli della K shell. Nel secondo caso, la fotoionizzazione, a scalzare gli elettroni del ferro dall’orbitale più interno sarebbero invece i raggi X – dunque fotoni ad alta energia – emessi dal bollente plasma del flare.
Infografica che descrive il metodo seguito dal team dell’Università di Kyoto. Crediti: KyotoU / Shun Inoue
Uno studio pubblicato ieri su The Astrophysical Journal da un team guidato dall’Università di Kyoto, in Giappone, dimostra che la risposta corretta è la seconda, la fotoionizzazione: i responsabili dello scippo sono principalmente i fotoni. E come spesso accade in questo tipo di studi, ancor più interessante della risposta in sé è il modo in cui è stato possibile giungere alla conclusione. Vediamolo.
Il team giapponese si è concentrato sul sistema stellare triplo UX Arietis, a circa 160 anni luce da noi, osservandolo in simultanea e per più giorni – nel novembre del 2018 – con due telescopi spaziali: Nicer della Nasa, montato sulla Iss, sensibile ai fotoni X, e il Hisaki della Jaxa, un telescopio spaziale progettato principalmente per lo studio delle magnetosfere dei pianeti del Sistema solare e sensibile ai fotoni ultravioletti. Il confronto fra le curve di luce dei due strumenti in occasione d’un brillamento – un superflare – registrato fra il 15 e il 16 novembre 2018 ha mostrato come l’emissione ultravioletta abbia raggiunto il picco circa 1,4 ore prima dell’emissione di raggi X. Si è inoltre visto che il picco della linea Kα del ferro non coincideva con l’emissione ultravioletta, che è associata agli elettroni ad alta energia, bensì con il picco dell’emissione termica a raggi X dal plasma incandescente. Insomma, due indizi nettamente a favore del fatto che il meccanismo di emissione dominante della linea Kα del ferro durante un brillamento stellare sia proprio la fotoionizzazione.
«Ci ha stupito il fatto che un enigma di lunga data nella ricerca sui brillamenti solari e stellari sia stato risolto grazie a osservazioni coordinate condotte con Hisaki e Nicer, nonostante Hisaki non sia stato originariamente progettato per studiare il Sole o le stelle», dice il primo autore dello studio, Shun Inoue, dell’Università di Kyoto. Ora però vogliono riprovarci con Xrism, un telescopio spaziale per raggi X sempre della Jaxa ma con risoluzione energetica più elevata, dunque in grado di misurare con maggiore precisione la riga Kα del ferro, così da poter studiare la struttura e la posizione dei brillamenti in modo più dettagliato.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Origin of the Stellar Fe KαLine Clarified with Far-ultraviolet and X-Ray Observations of a Superflare on the RS Canum Venaticorum–type Star UX Arietis”, di Shun Inoue, Wataru Buz Iwakiri, Tomoki Kimura, Teruaki Enoto, Yuta Notsu, Hiroyuki Uchida, Kenji Hamaguchi, Shin Toriumi, Atsushi Yamazaki e Fuminori Tsuchiya