I dati registrati dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA di una stella di neutroni mentre attraversava una densa macchia di vento stellare proveniente dalla sua massiccia stella compagna forniscono preziose informazioni sulla struttura e sulla composizione dei venti stellari e sull'ambiente della stella di neutroni stessa. Un documento che descrive la ricerca, guidato dagli astronomi della Penn State, appare il 15 gennaio 2019, nel diario, Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

"I venti stellari sono il materiale che scorre veloce, composto da protoni, elettroni, e atomi di metallo, espulsi dalle stelle, " disse Pragati Pradhan, un ricercatore post-dottorato in astronomia e astrofisica presso la Penn State e l'autore principale dell'articolo. "Questo materiale arricchisce l'ambiente della stella con metalli, energia cinetica, e radiazioni ionizzanti. È il materiale di partenza per la formazione stellare. Fino all'ultimo decennio, si pensava che i venti stellari fossero omogenei, ma questi dati di Chandra forniscono prove dirette che i venti stellari sono popolati da densi gruppi".

La stella di neutroni osservata fa parte di un sistema binario di raggi X di grande massa:il compatto, stella di neutroni incredibilmente densa accoppiata con una massiccia stella supergigante "normale". Le stelle di neutroni nei sistemi binari producono raggi X quando il materiale della stella compagna cade verso la stella di neutroni e viene accelerato a velocità elevate. Per effetto di questa accelerazione, Vengono prodotti raggi X che possono a loro volta interagire con i materiali del vento stellare per produrre raggi X secondari di energie distintive a varie distanze dalla stella di neutroni. Atomi di ferro neutri, non carichi, Per esempio, produrre raggi X a fluorescenza con energie di 6,4 kilo-elettronvolt (keV), circa 3000 volte l'energia della luce visibile. Gli astronomi usano spettrometri, come lo strumento su Chandra, per catturare questi raggi X e separarli in base alla loro energia per conoscere le composizioni delle stelle.

"Gli atomi di ferro neutri sono un componente più comune delle stelle, quindi di solito vediamo un grande picco a 6,4 keV nei dati dei nostri spettrometri quando osserviamo i raggi X della maggior parte delle stelle di neutroni in un sistema binario di raggi X di grande massa, " ha detto Pradhan. "Quando abbiamo esaminato i dati a raggi X dal sistema binario di raggi X ad alta massa noto come OAO 1657-415, abbiamo visto che questo picco a 6,4 keV aveva una caratteristica insolita. Il picco aveva un'ampia estensione fino a 6,3 keV. Questa estensione è chiamata "spalla di Compton" e indica che i raggi X del ferro neutro vengono dispersi dalla materia densa che circonda la stella. Questo è solo il secondo sistema binario a raggi X di grande massa in cui è stata rilevata una tale caratteristica".

I ricercatori hanno anche utilizzato l'ingegneria all'avanguardia di Chandra per identificare un limite inferiore alla distanza dalla stella di neutroni a cui si formano i raggi X del ferro neutro. La loro analisi spettrale ha mostrato che il ferro neutro è ionizzato per almeno 2,5 secondi luce, una distanza di circa 750 milioni di metri o quasi 500, 000 miglia, dalla stella di neutroni per produrre raggi X.

"In questo lavoro, vediamo un oscuramento dei raggi X dalla stella di neutroni e una linea prominente dal ferro neutro nello spettro dei raggi X, due firme che supportano la natura grumosa dei venti stellari, " disse Pradhan. "Inoltre, il rilevamento della spalla di Compton ci ha anche permesso di mappare l'ambiente attorno a questa stella di neutroni. Ci aspettiamo di essere in grado di migliorare la nostra comprensione di questo fenomeno con l'imminente lancio di veicoli spaziali come Lynx e Athena, che migliorerà la risoluzione spettrale dei raggi X."

Per il lavoro post-dottorato di Pradhan alla Penn State sotto la supervisione del Professore di Astronomia e Astrofisica David Burrows, Professore Associato di Astronomia e Astrofisica Jamie Kennea, e Professore di Astronomia e Astrofisica Abe Falcone, è principalmente coinvolta nella scrittura di algoritmi per il rilevamento a bordo dei raggi X da eventi astronomici transitori come quelli visti da questi sistemi binari a raggi X di grande massa per gli strumenti che saranno sulla navicella spaziale Athena.

Pradhan e il suo team hanno anche una campagna di follow-up che esamina lo stesso binario di raggi X di grande massa con un altro satellite della NASA:NuSTAR, che coprirà uno spettro più ampio di raggi X da questa fonte con energie da ~ 3 a 70 keV, a maggio 2019.

"Siamo entusiasti anche dell'imminente osservazione NuSTAR, "ha detto Pradhan. "Tali osservazioni nei raggi X duri aggiungeranno un'altra dimensione alla nostra comprensione della fisica di questo sistema e avremo l'opportunità di stimare il campo magnetico della stella di neutroni in OAO 1657-415, che è probabilmente un milione di volte più forte del campo magnetico più forte sulla Terra".