La grande eruzione di Eta Carinae nel 1840 creò la fluttuante Nebulosa Homunculus, ripreso qui da Hubble. Ora lungo circa un anno luce, la nuvola in espansione contiene materiale sufficiente per fare almeno 10 copie del nostro Sole. Gli astronomi non possono ancora spiegare cosa abbia causato questa eruzione. Credito:NASA, ESA, e il team Hubble SM4 ERO
Un nuovo studio che utilizza i dati del telescopio spaziale NuSTAR della NASA suggerisce che Eta Carinae, il sistema stellare più luminoso e massiccio entro 10, 000 anni luce, sta accelerando le particelle ad alte energie, alcune delle quali possono raggiungere la Terra come raggi cosmici.
"Sappiamo che le onde esplosive delle stelle esplose possono accelerare le particelle dei raggi cosmici a velocità paragonabili a quelle della luce, un'incredibile sferzata di energia, " disse Kenji Hamaguchi, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e l'autore principale dello studio. "Processi simili devono verificarsi in altri ambienti estremi. La nostra analisi indica che Eta Carinae è uno di questi".
Gli astronomi sanno che i raggi cosmici con energie superiori a 1 miliardo di elettronvolt (eV) ci arrivano da oltre il nostro sistema solare. Ma poiché queste particelle, gli elettroni, protoni e nuclei atomici:tutti trasportano una carica elettrica, virano fuori rotta ogni volta che incontrano campi magnetici. Questo confonde i loro percorsi e maschera le loro origini.
Eta Carina, situato a circa 7, A 500 anni luce di distanza nella costellazione meridionale della Carena, è famosa per un'esplosione del 19° secolo che l'ha resa per breve tempo la seconda stella più luminosa del cielo. Questo evento ha anche espulso un'enorme nebulosa a forma di clessidra, ma la causa dell'eruzione rimane poco conosciuta.
Il sistema contiene una coppia di stelle massicce le cui orbite eccentriche le portano insolitamente vicine ogni 5,5 anni. Le stelle contengono 90 e 30 volte la massa del nostro Sole e passano 140 milioni di miglia (225 milioni di chilometri) al loro massimo avvicinamento, circa la distanza media che separa Marte dal Sole.
"Entrambe le stelle di Eta Carinae guidano potenti deflussi chiamati venti stellari, " ha detto il membro del team Michael Corcoran, anche a Goddard. "Dove questi venti si scontrano con i cambiamenti durante il ciclo orbitale, che produce un segnale periodico nei raggi X a bassa energia che seguiamo da più di due decenni".
Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA osserva anche un cambiamento nei raggi gamma, la luce che racchiude molta più energia dei raggi X, da una sorgente in direzione di Eta Carinae. Ma la vista di Fermi non è nitida come i telescopi a raggi X, quindi gli astronomi non hanno potuto confermare la connessione.
Per colmare il divario tra il monitoraggio a raggi X a bassa energia e le osservazioni di Fermi, Hamaguchi e i suoi colleghi si sono rivolti a NuSTAR. Lanciato nel 2012, NuSTAR può mettere a fuoco raggi X di energia molto maggiore rispetto a qualsiasi telescopio precedente. Utilizzando sia i dati appena acquisiti che quelli di archivio, il team ha esaminato le osservazioni NuSTAR acquisite tra marzo 2014 e giugno 2016, insieme alle osservazioni a raggi X a bassa energia dal satellite XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea nello stesso periodo.
Eta Carinae risplende nei raggi X in questa immagine dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA. I colori indicano energie diverse. Il rosso si estende da 300 a 1, 000 elettronvolt (eV), il verde varia da 1, 000 a 3, 000 eV e coperture blu 3, 000 a 10, 000 eV. Per confronto, l'energia della luce visibile è di circa 2-3 eV. Le osservazioni NuSTAR (contorni verdi) rivelano una fonte di raggi X con energie circa tre volte superiori a quelle rilevate da Chandra. I raggi X visti dalla sorgente puntiforme centrale derivano dalla collisione del vento stellare del binario. Il rilevamento NuSTAR mostra che le onde d'urto nella zona di collisione del vento accelerano particelle cariche come elettroni e protoni fino a raggiungere la velocità della luce. Alcuni di questi possono raggiungere la Terra, dove verranno rilevati come particelle di raggi cosmici. I raggi X sparsi dai detriti espulsi nella famosa eruzione di Eta Carinae del 1840 possono produrre l'emissione rossa più ampia. Credito:NASA/CXC e NASA/JPL-Caltech
Il basso consumo energetico di Eta Carinae, o morbido, I raggi X provengono dal gas all'interfaccia dei venti stellari in collisione, dove le temperature superano i 70 milioni di gradi Fahrenheit (40 milioni di gradi Celsius). Ma NuSTAR rileva una sorgente che emette raggi X superiori a 30, 000 eV, circa tre volte superiore a quello che può essere spiegato dalle onde d'urto nei venti che si scontrano. Per confronto, l'energia della luce visibile varia da circa 2 a 3 eV.
L'analisi della squadra presentato in un documento pubblicato lunedì, 2 luglio in Astronomia della natura , mostra che questi raggi X "duri" variano con il periodo orbitale binario e mostrano un modello di produzione di energia simile a quello dei raggi gamma osservati da Fermi.
I ricercatori affermano che la migliore spiegazione sia per l'emissione di raggi X duri che per l'emissione di raggi gamma sono gli elettroni accelerati in violente onde d'urto lungo il confine dei venti stellari in collisione. I raggi X rilevati da NuSTAR e i raggi gamma rilevati da Fermi derivano dalla luce delle stelle che riceve un enorme aumento di energia dalle interazioni con questi elettroni.
Alcuni degli elettroni superveloci, così come altre particelle accelerate, devono sfuggire al sistema e forse alcuni alla fine vagano sulla Terra, dove possono essere rilevati come raggi cosmici.
"Sappiamo da tempo che la regione intorno a Eta Carinae è la fonte di emissione energetica di raggi X e gamma ad alta energia", disse Fiona Harrison, il ricercatore principale di NuSTAR e professore di astronomia al Caltech di Pasadena, California. "Ma fino a quando NuSTAR non è stata in grado di individuare la radiazione, mostra che proviene dal binario e studia le sue proprietà in dettaglio, l'origine era misteriosa."
