Raggi X. Sulla Terra li conosciamo e li usiamo in vari ambiti, come le radiografie mediche. Ma anche nell’universo ci sono luoghi dove possiamo trovare questo tipo di radiazioni. Un esempio sono le binarie X: sistemi formati da due corpi celesti che emettono grandi quantità di radiazioni a questa lunghezza d’onda. Questo avviene perché la materia precipita da una componente del sistema, generalmente una stella, verso l’altra componente, che può essere una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero. Usando i dati della sonda giapponese Xrism (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), un team di ricerca ha osservato una binaria X dove il vento emesso da una stella ipergigante viene catturato dalla pulsar compagna, fornendo l’energia necessaria a innescare intensi brillamenti nei raggi X.
Lo studio, pubblicato tre settimane fa su Science Advances, parla del sistema Bp Crucis, una binaria X distante circa tredicimila anni luce nella costellazione della Croce del Sud. La stella primaria, chiamata Wray 977, è una ipergigante blu circa sessanta volte più grande del Sole e quaranta volte più massiccia. È così grande, calda e luminosa che emette costantemente un vento stellare: un flusso costituito per lo più da gas supercaldo noto come plasma. La sua compagna, di nome Gx 301-2, è una pulsar, ovvero una stella di neutroni che ruota rapidamente su se stessa. Lo fa una volta ogni undici minuti circa e, come un faro, invia un fascio di raggi X verso la Terra. Gx 301-2 ha una massa superiore a quella del Sole, condensata in una sfera di circa venti chilometri di diametro. Per dare un riferimento, sarebbe come comprimere una massa di quasi due volte quella del sole nel diametro dell’estensione di Roma, da un lato all’altro del raccordo anulare.
Rappresentazione artistica del sistema Bp Crucis. La pulsar Gx 301-2 (stella piccola a destra) si avvicina al flusso di gas (vento stellare) proveniente dalla ipergigante Wray 977 (stella grande a sinistra). La pulsar emette brillamenti a raggi X due volte per orbita, quando incontra il flusso. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Laboratory
Mentre la pulsar percorre la sua orbita, si verificano intensi brillamenti a raggi X in due posizioni: nel punto di minima distanza dalla stella ipergigante e nel punto di massima distanza. I ricercatori ritengono che l’influenza gravitazionale della pulsar sull’ipergigante generi un flusso di plasma particolarmente denso da parte di quest’ultima. I brillamenti avvengono quando la pulsar passa attraverso questo flusso e ne cattura parte della materia. Come se una persona attraversasse da una sponda all’altra un fiume di materiale denso e ne raccogliesse un po’. Le emissioni più intense avvengono in prossimità dell’ipergigante, dove il flusso è più denso.
I ricercatori hanno puntato il sistema con Xrism il 1 febbraio 2025, osservandolo per circa sedici ore verso la fine di uno di questi brillamenti più intensi. Lo strumento Resolve, sviluppato dalla Nasa e dalla Japan Aerospace Exploration Agency, ha ottenuto spettri a raggi X che hanno permesso di ricavare la velocità e la direzione del flusso di plasma vicino alla pulsar. In passato non erano mai state fatte osservazioni simili. I risultati mostrano che le righe di assorbimento del ferro osservate sono spostate verso energie più basse rispetto a quelle che si misurerebbero in laboratorio. Questo spostamento, chiamato redshift, indica che il gas del vento stellare sta fluendo verso la pulsar. Inoltre, questo ha permesso di calcolare la velocità del flusso intorno ai 540 mila chilometri orari.
«Non avevamo mai osservato prima d’ora indicazioni chiare di un vento di plasma che precipita su un oggetto compatto», dice Roi Rahin, ricercatore della University of Maryland, Baltimore County e del Goddard Space Flight Center della Nasa in Greenbelt, Maryland, e primo autore dell’articolo. «Ora possiamo verificare la nostra conoscenza di questi processi con maggior dettaglio».
Rappresentazione artistica delle fasi di accrescimento della pulsar Gx 301-2. A sinistra: quando la pulsar entra nel flusso, si forma un disco in cui il plasma spiraleggia in senso orario e precipita sulla pulsar. Al centro: quando la pulsar avanza nel flusso, il disco si disgrega e il plasma precipita direttamente sulla pulsar. A destra: il disco si riforma, ruotando in senso opposto, mentre la pulsar sta per uscire dal flusso. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Laboratory
Il team di ricerca sostiene che il processo avvenga in questo modo: all’inizio la pulsar entra nel flusso di vento stellare e raccoglie il gas in un disco disordinato e turbolento. Questo gas spiraleggia verso la pulsar, si riscalda ed emette raggi X che alimentano i brillamenti. Poi, mentre la pulsar avanza nel flusso, il disco turbolento si disgrega e, una volta svanito, il plasma precipita direttamente sulla pulsar. Le osservazioni con Xrism sono avvenute vicino alla fine di questa fase. Quando la pulsar sta per uscire dal flusso, ricompare brevemente un disco disordinato, che questa volta ruota nel senso opposto. Infine, quando la pulsar esce dal flusso, anche questo disco sparisce. In totale la pulsar impiega circa quattro giorni per attraversare il flusso di plasma.
«Il sistema Bp Crucis è un laboratorio ideale per studiare l’accrescimento su pulsar alimentato dal vento stellare», spiega Brian Williams project scientist della missione al Nasa Goddard Space Flight Center, «e lo spettrometro Resolve di Xrism, sensibile e ad alta risoluzione, è lo strumento ideale per far progredire la nostra conoscenza dei processi coinvolti».
Per saperne di più:
- Leggi su Science Advances l’articolo “Direct spectroscopic observation of matter falling onto a compact stellar object” di R. Rahin, R. Ballhausen, N. Islam, M. A. Leutenegger, E. Behar, D. Zamora, J. Coley, N. Hell, T. Kallman, M. Lorenz, P. Pradhan, J. Wilms, e A. Zainab
Guarda il video sul canale YouTube della Nasa: