Il telescopio della NASA Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) sulla Stazione Spaziale Internazionale ha rilevato un improvviso picco di raggi X intorno alle 22:04. EDT il 20 agosto. L'esplosione è stata causata da un enorme lampo termonucleare sulla superficie di una pulsar, i resti frantumati di una stella che molto tempo fa esplose come supernova.

La radiografia esplode, il più luminoso visto finora da NICER, proveniva da un oggetto denominato SAX J1808.4-3658, o J1808 in breve. Le osservazioni rivelano molti fenomeni che non sono mai stati visti insieme in un'unica esplosione. Inoltre, la palla di fuoco calante si illuminò di nuovo brevemente per ragioni che gli astronomi non possono ancora spiegare.

"Questo scoppio è stato eccezionale, " ha affermato il ricercatore capo Peter Bult, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e l'Università del Maryland, Parco del Collegio. "Vediamo un cambiamento di luminosità in due fasi, che pensiamo sia causato dall'espulsione di strati separati dalla superficie della pulsar, e altre caratteristiche che ci aiuteranno a decodificare la fisica di questi potenti eventi".

L'esplosione, che gli astronomi classificano come un lampo di raggi X di tipo I, ha rilasciato tanta energia in 20 secondi quanta ne fa il Sole in quasi 10 giorni. Il dettaglio NICER catturato su questa eruzione da record aiuterà gli astronomi a perfezionare la loro comprensione dei processi fisici che guidano le esplosioni termonucleari di essa e di altre pulsar esplosive.

Una pulsar è una specie di stella di neutroni, il nucleo compatto lasciato indietro quando una stella massiccia esaurisce il carburante, crolla sotto il suo stesso peso, ed esplode. Le pulsar possono ruotare rapidamente e ospitare punti caldi che emettono raggi X ai loro poli magnetici. Mentre l'oggetto gira, spazza i punti caldi attraverso la nostra linea di vista, producendo impulsi regolari di radiazioni ad alta energia.

J1808 si trova a circa 11, 000 anni luce di distanza nella costellazione del Sagittario. Gira a 401 rotazioni vertiginose al secondo, ed è un membro di un sistema binario. La sua compagna è una nana bruna, un oggetto più grande di un pianeta gigante ma troppo piccolo per essere una stella. Un flusso costante di gas idrogeno scorre dalla compagna verso la stella di neutroni, e si accumula in una vasta struttura di archiviazione chiamata disco di accrescimento.

Il gas nei dischi di accrescimento non si muove facilmente verso l'interno. Ma ogni pochi anni, i dischi attorno alle pulsar come J1808 diventano così densi che una grande quantità di gas viene ionizzata, o privato dei suoi elettroni. Ciò rende più difficile il passaggio della luce attraverso il disco. L'energia intrappolata avvia un processo incontrollato di riscaldamento e ionizzazione che intrappola ancora più energia. Il gas diventa più resistente al flusso e inizia a spiraleggiare verso l'interno, infine cadere sulla pulsar.

L'idrogeno che piove sulla superficie forma un caldo, "mare" globale sempre più profondo. Alla base di questo strato, le temperature e le pressioni aumentano fino a quando i nuclei di idrogeno si fondono per formare nuclei di elio, che produce energia, un processo in atto nel nucleo del nostro Sole.

"L'elio si deposita e forma uno strato proprio, " disse Zaven Arzoumanian di Goddard, il vice investigatore principale per NICER e coautore del documento. "Una volta che lo strato di elio è profondo pochi metri, le condizioni consentono ai nuclei di elio di fondersi in carbonio. Quindi l'elio erutta in modo esplosivo e rilascia una palla di fuoco termonucleare su tutta la superficie della pulsar".

Gli astronomi impiegano un concetto chiamato limite di Eddington, dal nome dell'astrofisico inglese Sir Arthur Eddington, per descrivere l'intensità massima di radiazione che una stella può avere prima che la radiazione faccia espandere la stella. Questo punto dipende fortemente dalla composizione del materiale che si trova sopra la sorgente di emissione.

"Il nostro studio sfrutta questo concetto di lunga data in un modo nuovo, " ha detto il co-autore Deepto Chakrabarty, professore di fisica al Massachusetts Institute of Technology di Cambridge. "Sembra che stiamo vedendo il limite di Eddington per due diverse composizioni nello stesso lampo di raggi X. Questo è un modo molto potente e diretto di seguire le reazioni di combustione nucleare che sono alla base dell'evento".

Quando è iniziata la raffica, I dati PI PIACEVOLI mostrano che la sua luminosità dei raggi X si è stabilizzata per quasi un secondo prima di aumentare di nuovo a un ritmo più lento. I ricercatori interpretano questo "stallo" come il momento in cui l'energia dell'esplosione si è accumulata abbastanza da far esplodere lo strato di idrogeno della pulsar nello spazio.

La palla di fuoco ha continuato a crescere per altri due secondi e poi ha raggiunto il suo apice, soffiando via lo strato di elio più massiccio. L'elio si espandeva più velocemente, ha superato lo strato di idrogeno prima che potesse dissiparsi, e poi rallentato, si fermò e si sistemò di nuovo sulla superficie della pulsar. A seguito di questa fase, la pulsar si è brevemente illuminata di nuovo di circa il 20 percento per ragioni che il team non comprende ancora.

Durante il recente ciclo di attività di J1808, PIACEVOLE ha rilevato un altro, raffica di raggi X molto più debole che non ha mostrato nessuna delle caratteristiche chiave osservate nell'evento del 20 agosto.

Oltre a rilevare l'espansione di diversi strati, Osservazioni PI BELLE dell'esplosione rivelano i raggi X che si riflettono sul disco di accrescimento e registrano lo sfarfallio delle "oscillazioni di scoppio":segnali di raggi X che salgono e scendono alla frequenza di rotazione della pulsar ma che si verificano in posizioni superficiali diverse rispetto ai punti caldi responsabili per i suoi normali impulsi a raggi X.

Un documento che descrive i risultati è stato pubblicato da The Lettere per riviste astrofisiche .