Grazie all'Osservatorio a raggi X Chandra, gli astronomi hanno localizzato una sorgente di raggi X ultraluminosi nella galassia a spirale M83, nella foto qui. Più recentemente, gli astronomi hanno scoperto un ULX nella galassia M51. NASA/CXC/Curtin University/R.Soria et al. Le stelle di neutroni potrebbero non essere così pesanti come i loro cugini buchi neri più massicci, ma possono essere altrettanto potenti quando si tratta di generare fantastici fuochi d'artificio a raggi X.
Dagli anni '80, gli astronomi hanno studiato sorgenti di intensi raggi X che eruttano dalle regioni esterne di altre galassie. Si chiamano sorgenti di raggi X ultraluminosi, o ULX, e producono più energia di un milione di soli. Generalmente, gli astronomi osserverebbero emissioni così potenti nei nuclei delle galassie attive, dove si nascondono buchi neri supermassicci, ma gli ULX sono lontani da questi colossi. L'idea era che fossero generati da buchi neri di massa stellare più piccoli - di poche decine di masse solari - che si nutrono dei gas di sfortunate stelle.
Ma un modello sconcertante ha iniziato a emergere nel 2014 quando la missione Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA e altri telescopi spaziali hanno iniziato a studiare questi enigmi. Si scopre che gli ULX potrebbero non essere affatto alimentati da buchi neri; piuttosto, le stelle di neutroni sembrano essere le colpevoli.
"È stata una grande sorpresa, "dice Fiona Harrison, ricercatore principale della missione NuSTAR e professore di fisica al Caltech, a Pasadena, California. "All'inizio la gente pensava che ci fosse qualcosa di sbagliato nell'osservazione."
Lungi dall'essere sbagliato, in un nuovo studio co-autore di Harrison e pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, è stato confermato che una stella di neutroni è il motore di un ULX nella famosa galassia Whirlpool, noto anche come M51. La galassia si trova a 28 milioni di anni luce dalla Terra. È la quarta volta che gli astronomi identificano un ULX alimentato da una stella di neutroni.
Si pensa che la galassia M51 sia la sede di una fantastica sorgente di raggi X ultraluminosi (a sinistra) alimentata da una stella di neutroni. NASA/CXC/Caltech/M.Brightman et al.; Ottica:NASA/STScI Mentre studiava i dati d'archivio dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, i ricercatori hanno notato un misterioso tuffo nello spettro luminoso ULX. Quando hanno indagato, dedussero che doveva essere stato causato dalla diffusione della risonanza del ciclotrone, un fenomeno che si verifica in ambienti altamente magnetici ed è causato da particelle cariche, come elettroni e protoni, spirale attorno al campo magnetico.
Ecco il kicker:i buchi neri non hanno campi magnetici, considerando che le stelle di neutroni sono famose per essere centrali elettriche magnetiche, quindi il fatto che lo spettro di questo ULX abbia l'impronta digitale della diffusione della risonanza del ciclotrone è un grande indizio che un buco nero non lo sta alimentando, ma una stella di neutroni è .
Le stelle di neutroni sono resti stellari super densi che vengono lasciati indietro dopo che una stella esaurisce il carburante ed esplode come una supernova. Composto da materia degenere, solo un cucchiaino di roba per stelle di neutroni peserebbe quanto una montagna. Questi oggetti sono estremamente magnetici; l'intero campo magnetico della stella da cui proviene è ridotto a un oggetto delle dimensioni di una città. Ma perché una stella di neutroni generi un ULX, ci deve essere qualcosa di molto speciale in corso.
Se una stella di neutroni fa parte di un sistema binario, dove due stelle orbitano l'una intorno all'altra, potrebbe iniziare a tirare i gas caldi del suo partner binario, trascinandolo in un disco di accrescimento. Quando il gas cade verso la stella di neutroni, si scalderà, generando potenti radiazioni a raggi X. Ma c'è un limite alla quantità di energia dei raggi X che una stella di neutroni può generare.
"Allo stesso modo in cui possiamo mangiare solo tanto cibo alla volta, ci sono limiti alla velocità con cui le stelle di neutroni possono accumulare materia, " ha detto Murray Brightman, uno studioso post-dottorato al Caltech e autore principale dello studio, in una dichiarazione.
Mentre la questione cade, vengono generati più raggi X, ma questo non è sostenibile. A un certo punto – qualcosa chiamato il limite di Eddington – la radiazione di raggi X diventerà così potente da allontanare fisicamente altro gas dalla caduta nel disco di accrescimento della stella di neutroni. È un taglio naturale. Una volta che l'energia dei raggi X raggiunge questo limite, l'alimentazione del gas è strozzata, e le emissioni di raggi X sono limitate.
"Ma gli ULX stanno in qualche modo rompendo questo limite per emettere raggi X così incredibilmente luminosi, e non sappiamo perché, "Ha aggiunto Brightman.
I ricercatori hanno la sensazione, però, che la personalità magnetica della stella di neutroni potrebbe essere la chiave. Pensano che i cali causati dalla diffusione della risonanza del ciclotrone negli spettri dei raggi X, come quello nell'ULX di M51, possano aiutarci a capire cosa sta succedendo.
Se la diffusione della risonanza del ciclotrone è causato da protoni interagendo con il campo magnetico della stella di neutroni, questo rivelerebbe che il magnetismo attorno alla stella di neutroni è estremo. Il magnetismo estremo potrebbe ridurre la pressione dei raggi X ULX, permettendo così a più gas di cadere nella stella di neutroni, turbo le emissioni di raggi X. Se la risonanza è in corso causato da elettroni , però, che suggerirebbe un campo magnetico più debole, uno che non può spiegare l'energia ULX.
È necessario più lavoro prima di sapere con certezza se i campi magnetici estremi che circondano le stelle di neutroni sono ciò che consente loro di colpire al di sopra del loro peso.
"Se le [ULX] sono magnetar, è più facile che appaiano così luminose, " dice Harrison.
Ora è interessanteÈ possibile che gli ULX siano alimentati da magnetar, la famiglia più magnetica di stelle di neutroni, quindi l'ULX nella galassia Whirlpool potrebbe essere guidato dal tipo più esotico di stella di neutroni.
