Credito:raggi X:NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz et al.; Ottico/IR:Pan-STARRS
Questa immagine presenta una spettacolare serie di anelli attorno a un buco nero, catturato utilizzando l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e l'Osservatorio Neil Gehrels Swift. Le immagini a raggi X degli anelli giganti rivelano informazioni sulla polvere situata nella nostra galassia, utilizzando un principio simile alle radiografie eseguite 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 di distanza 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 si illumina ai raggi X, così gli astronomi si riferiscono a questi sistemi come "binari a raggi X".
Il 5 giugno, 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 sulla parete di un canyon, gli echi di luce intorno a V404 Cygni sono stati prodotti quando un'esplosione 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 di minuscoli, 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'illustrazione d'artista spiega come sono stati prodotti gli anelli visti da Chandra e Swift. Per semplificare la grafica, l'illustrazione mostra solo quattro anelli invece di otto.)
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 posizionato di proposito il V404 Cygni tra i rilevatori in modo che un'altra esplosione luminosa non danneggiasse lo strumento.
Gli anelli raccontano agli astronomi non solo il comportamento del buco nero, ma anche del paesaggio tra V404 Cygni e la Terra. Per esempio, il diametro degli anelli ai 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, cioè la luminosità dei raggi X su una gamma di lunghezze d'onda, a 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 a come le diverse parti del nostro corpo o il nostro bagaglio assorbono diverse quantità di raggi X, dando 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.
L'illustrazione di questo artista mostra in dettaglio come viene prodotta la struttura ad anelli vista da Chandra e Swift. Ogni anello è causato da raggi X che rimbalzano su diverse nuvole di polvere. Se la nuvola è più vicina a noi, l'anello sembra essere più grande. Il risultato è un insieme di anelli concentrici con diverse dimensioni apparenti a seconda della distanza della nuvola interposta da noi. Credito:Univ. del Wisconsin-Madison/S.Heinz
Un articolo che descrive i risultati di V404 Cygni è stato pubblicato il 1 luglio, 2016, numero di The Astrophysical Journal (prestampa). 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 un ritrovamento simile della binaria a raggi X Circinus X-1, che contiene una stella di neutroni piuttosto che un buco nero, pubblicato in un articolo del 20 giugno, 2015, questione di The Giornale Astrofisico , intitolato, "Il Signore degli Anelli:una distanza cinematica a Circinus X-1 da un'eco di luce a raggi X gigante" (prestampa). Questo studio è stato condotto anche da Sebastian Heinz.
Ci sono stati più articoli pubblicati ogni anno che riportano studi sull'esplosione di Cygni V404 nel 2015 che ha causato questi anelli. Precedenti scoppi sono stati registrati nel 1938, 1956 e 1989, quindi gli astronomi potrebbero avere ancora molti anni per continuare ad analizzare quello del 2015.
