Animazione che mostra la variabilità della sorgente di raggi X flaring scoperta. L'intensità della sorgente è aumentata più di 1000 volte e poi è scesa all'invisibilità per un periodo di poche ore. Credito:NASA/CXC/F. Bauer et al.
Un misterioso lampo di raggi X è stato scoperto dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA nell'immagine a raggi X più profonda mai ottenuta. Questa fonte probabilmente proviene da una sorta di evento distruttivo, ma può essere di una varietà che gli scienziati non hanno mai visto prima.
La sorgente di raggi X è stata originariamente scoperta nell'ottobre 2014 da Bin Luo, un ricercatore post-dottorato della Penn State; Niel Brandt, il Verne M. Willaman Professore di Astronomia e Astrofisica e professore di fisica alla Penn State; e Franz Bauer, professore associato di astrofisica presso la Pontificia Università Cattolica del Cile a Santiago, Chile. Da allora Luo si è trasferito dal gruppo di Brandt per diventare professore di astronomia e scienze spaziali presso l'Università di Nanchino in Cina, e Bauer era stato un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Brandt dal 2000 al 2003. I dati sono stati raccolti utilizzando l'Advanced CCD Imaging Spectrometer su Chandra, uno strumento ideato e progettato da un team guidato da Penn State Evan Pugh Professor Emeritus di Astronomia e Astrofisica Gordon Garmire.
"Questa fonte ardente è stata un meraviglioso bonus a sorpresa che abbiamo scoperto per caso nei nostri sforzi per esplorare il regno poco compreso dell'universo a raggi X ultradebole, " ha detto Brandt. "Siamo stati decisamente 'fortunati' con questa scoperta e ora abbiamo un nuovo ed entusiasmante fenomeno transitorio da esplorare negli anni futuri".
Situato in una regione del cielo conosciuta come Chandra Deep Field-South (CDF-S), la sorgente di raggi X ha proprietà notevoli. Prima di ottobre 2014, questa fonte non è stata rilevata nei raggi X, ma poi è scoppiato ed è diventato almeno un fattore 1, 000 più luminoso in poche ore. Dopo circa un giorno, la fonte era svanita completamente al di sotto della sensibilità di Chandra.
Migliaia di ore di dati legacy dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer hanno contribuito a determinare che l'evento proveniva da un debole, piccola galassia a circa 10,7 miliardi di anni luce dalla Terra. Per alcuni minuti, la sorgente di raggi X ha prodotto mille volte più energia di tutte le stelle di questa galassia.
Immagine a raggi X del Chandra Deep Field-South, la regione del cielo dove è stata scoperta la sorgente di raggi X in fiamme. Questa è l'immagine a raggi X più profonda mai creata, realizzato con circa 7 milioni di secondi di tempo di osservazione con l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA. La posizione della fonte del flaring, denominato 'CDF-S XT1, ' è contrassegnato dalla freccia bianca. La serie di piccole immagini lungo il fondo mostra la variabilità della sorgente di raggi X flaring nel tempo (con il tempo crescente da sinistra a destra, nell'arco di poche ore). Credito:NASA/CXC/F. Bauer et al.
"Da quando ho scoperto questa fonte, abbiamo lottato per capirne l'origine, " ha detto Bauer. "È come se avessimo un puzzle ma non abbiamo tutti i pezzi."
Due delle tre possibilità principali per spiegare la sorgente di raggi X invocano eventi gamma-ray burst (GRB). I GRB sono esplosioni a getto innescate dal collasso di una stella massiccia o dalla fusione di una stella di neutroni con un'altra stella di neutroni o un buco nero. Se il getto punta verso la Terra, viene rilevato un lampo di raggi gamma. Man mano che il getto si espande, perde energia e produce più debole, radiazioni più isotrope ai raggi X e ad altre lunghezze d'onda.
Possibili spiegazioni per la sorgente di raggi X CDF-S, secondo i ricercatori, sono un GRB che non è puntato verso la Terra, o un GRB che si trova oltre la piccola galassia. Una terza possibilità è che un buco nero di medie dimensioni abbia fatto a pezzi una nana bianca.
"Nessuna di queste idee si adatta perfettamente ai dati, " ha detto il co-autore Ezequiel Treister, anche della Pontificia Università Cattolica, "ma poi di nuovo, raramente, se non mai, abbiamo visto una delle possibilità proposte nei dati reali, quindi non li capiamo affatto bene."
La misteriosa sorgente di raggi X non è stata vista durante i due mesi e mezzo di tempo di esposizione Chandra ha osservato la regione CDF-S, che si è diffuso negli ultimi 17 anni. Inoltre, non si sono ancora trovati eventi simili nelle osservazioni di Chandra di altre parti del cielo.
Immagini a raggi X (a sinistra) e ottiche (a destra) della piccola porzione di cielo attorno alla sorgente di raggi X in fiamme, realizzato con il Chandra X-ray Observatory (CXO) e il telescopio spaziale Hubble (HST), rispettivamente. La posizione della sorgente di raggi X flaring è al centro di ogni immagine, e le piccole barre bianche dell'indicatore mostrano anche la posizione di origine. Nota, nell'immagine ottica, la debolezza della galassia che ospitava la sorgente di raggi X in fiamme, una piccola galassia a circa 10,7 miliardi di anni luce dalla Terra. Credito:NASA/CXC/F. Bauer et al.
Questa sorgente di raggi X nel CDF-S ha proprietà diverse dalle sorgenti di raggi X variabili ancora inspiegabili scoperte nelle galassie ellittiche NGC 5128 e NGC 4636 da Jimmy Irwin dell'Università dell'Alabama e collaboratori Università dell'Alabama e collaboratori. In particolare, la sorgente CDF-S è probabilmente associata alla completa distruzione di una stella di neutroni o di una nana bianca, ed è circa 100, 000 volte più luminoso nei raggi X. Si trova anche in una galassia ospite molto più piccola e più giovane, e viene rilevato solo durante un singolo, scoppio di diverse ore.
"Potremmo aver osservato un tipo completamente nuovo di evento catastrofico, " ha detto il co-autore Kevin Schawinski, dell'ETH di Zurigo in Svizzera. "Qualunque cosa sia, sono necessarie molte più osservazioni per capire cosa stiamo vedendo".
Ulteriori ricerche altamente mirate attraverso l'archivio Chandra e quelle del satellite XMM-Newton dell'ESA e del satellite Swift della NASA potrebbero scoprire altri esempi di questo tipo di oggetto variabile che fino ad ora sono passati inosservati. Anche le future osservazioni a raggi X di Chandra e di altri osservatori a raggi X come la prevista sonda Einstein cinese potrebbero rivelare lo stesso fenomeno da altri oggetti.
Se la sorgente di raggi X è stata causata da un GRB innescato dalla fusione di una stella di neutroni con un buco nero o un'altra stella di neutroni, allora si sarebbero prodotte anche onde gravitazionali. . Se un tale evento dovesse verificarsi più vicino alla Terra, può essere rilevabile con il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
Un articolo di approfondimento che descrive questo risultato appare nel numero di giugno 2017 di Avvisi mensili della Royal Astronomical Society ed è disponibile online.
La scoperta originale è stata brevemente riportata in The Astronomer's Telegram nel 2014 da Luo, Brandt, e Bauer.
