È difficile non notare il raggio di una torcia puntato dritto verso di te. Ma quel raggio visto di lato appare notevolmente più fioco. Lo stesso vale per alcuni oggetti cosmici:come una torcia, irradiano principalmente in una direzione, e hanno un aspetto notevolmente diverso a seconda che il raggio punti lontano dalla Terra (e dai telescopi spaziali vicini) o direttamente verso di essa.

Nuovi dati dall'osservatorio spaziale NuSTAR della NASA indicano che questo fenomeno è vero per alcuni dei più importanti emettitori di raggi X nell'universo locale:sorgenti di raggi X ultraluminose, o ULX. La maggior parte degli oggetti cosmici, comprese le stelle, irradiare poca luce a raggi X, in particolare nella gamma ad alta energia vista da NuSTAR. ULX, al contrario, sono come fari a raggi X che tagliano l'oscurità. Per essere considerato un ULX, una sorgente deve avere una luminosità dei raggi X che è circa un milione di volte più brillante dell'emissione luminosa totale del Sole (a tutte le lunghezze d'onda). Le ULX sono così luminose, possono essere visti a milioni di anni luce di distanza, in altre galassie.

Il nuovo studio mostra che l'oggetto noto come SS 433, situato nella galassia della Via Lattea e solo circa 20, 000 anni luce dalla Terra, è un ULX, anche se sembra essere circa 1, 000 volte più tenue della soglia minima per essere considerata tale.

Questa debolezza è un trucco di prospettiva, secondo lo studio:I raggi X ad alta energia da SS 433 sono inizialmente confinati all'interno di due coni di gas che si estendono verso l'esterno dai lati opposti dell'oggetto centrale. Questi coni sono simili a una ciotola specchiata che circonda la lampadina di una torcia:raggruppano la luce dei raggi X dalla SS 433 in un raggio stretto, finché non sfugge e viene rilevato da NuSTAR. Ma poiché i coni non puntano direttamente verso la Terra, NuSTAR non può vedere la piena luminosità dell'oggetto.

Se un ULX relativamente vicino alla Terra può nascondere la sua vera luminosità a causa di come è orientato, poi ci sono probabilmente più ULX - in particolare in altre galassie - mascherate in modo simile. Ciò significa che la popolazione totale di ULX dovrebbe essere molto più grande di quanto attualmente osservano gli scienziati.

Cono di oscurità

Circa 500 ULX sono stati trovati in altre galassie, e la loro distanza dalla Terra significa che spesso è quasi impossibile dire quale tipo di oggetto genera l'emissione di raggi X. I raggi X probabilmente provengono da una grande quantità di gas che viene riscaldata a temperature estreme poiché viene attratta dalla gravità di un oggetto molto denso. Quell'oggetto potrebbe essere una stella di neutroni (i resti di una stella collassata) o un piccolo buco nero, uno che non è più di circa 30 volte la massa del nostro Sole. Il gas forma un disco intorno all'oggetto, come l'acqua che circonda uno scarico. L'attrito nel disco fa aumentare la temperatura, facendolo irradiare, a volte diventa così caldo che il sistema erutta con i raggi X. Più velocemente il materiale cade sull'oggetto centrale, più luminosi sono i raggi X.

Gli astronomi sospettano che l'oggetto nel cuore della SS 433 sia un buco nero di circa 10 volte la massa del nostro Sole. Quello che si sa per certo è che sta cannibalizzando una grande stella vicina, la sua gravità sottrae materiale a un ritmo rapido:in un solo anno SS 433 ruba l'equivalente di circa 30 volte la massa della Terra dal suo vicino, il che lo rende il buco nero o la stella di neutroni più avido conosciuto nella nostra galassia.

"È noto da molto tempo che questa cosa sta mangiando a un ritmo fenomenale, " ha detto Middleton. "Questo è ciò che distingue gli ULX dagli altri oggetti, ed è probabilmente la causa principale delle abbondanti quantità di raggi X che vediamo da loro".

L'oggetto in SS 433 ha gli occhi più grandi del suo stomaco:sta rubando più materiale di quanto possa consumare. Parte del materiale in eccesso viene espulso dal disco e forma due emisferi sui lati opposti del disco. All'interno di ognuno c'è un vuoto a forma di cono che si apre nello spazio. Questi sono i coni che raggruppano la luce dei raggi X ad alta energia in un raggio. Chiunque guardi verso il basso uno dei coni vedrebbe un evidente ULX. Sebbene composto solo da gas, i coni sono così spessi e massicci che si comportano come pannelli di piombo in una sala di screening a raggi X e impediscono ai raggi X di attraversarli lateralmente.

Gli scienziati hanno sospettato che alcuni ULX potrebbero essere nascosti alla vista per questo motivo. La SS 433 ha fornito un'occasione unica per testare questa idea perché, come una cima, oscilla sul suo asse – un processo che gli astronomi chiamano precessione.

La maggior parte delle volte, entrambi i coni della SS 433 puntano ben lontano dalla Terra. Ma a causa del modo in cui procede la SS 433, un cono si inclina periodicamente leggermente verso la Terra, così gli scienziati possono vedere un po' della luce dei raggi X che esce dalla parte superiore del cono. Nel nuovo studio, gli scienziati hanno osservato come cambiano i raggi X visti da NuSTAR quando si muove SS 433. Mostrano che se il cono continuasse a inclinarsi verso la Terra in modo che gli scienziati potessero scrutarlo direttamente, vedrebbero abbastanza luce a raggi X per chiamare ufficialmente SS 433 un ULX.

I buchi neri che si nutrono a ritmi estremi hanno plasmato la storia del nostro universo. Buchi neri supermassicci, che sono milioni o miliardi di volte la massa del Sole, possono influenzare profondamente la loro galassia ospite quando si nutrono. All'inizio della storia dell'universo, alcuni di questi enormi buchi neri potrebbero essersi nutriti velocemente quanto la SS 433, rilasciando enormi quantità di radiazioni che hanno rimodellato gli ambienti locali. I flussi in uscita (come i coni nella SS 433) ridistribuivano la materia che alla fine potrebbe formare stelle e altri oggetti.

Ma poiché questi colossi che consumano rapidamente risiedono in galassie incredibilmente distanti (quella nel cuore della Via Lattea non sta attualmente mangiando molto), restano difficili da studiare. Con la SS 433, gli scienziati hanno trovato un esempio in miniatura di questo processo, molto più vicino a casa e molto più facile da studiare, e NuSTAR ha fornito nuove informazioni sull'attività che si verifica lì.

"Quando abbiamo lanciato NuSTAR, Non credo che nessuno si aspettasse che gli ULX sarebbero stati un'area di ricerca così ricca per noi, " ha detto Fiona Harrison, ricercatore principale per NuSTAR e professore di fisica al Caltech di Pasadena, California. "Ma NuSTAR è unico in quanto può vedere quasi l'intera gamma di lunghezze d'onda dei raggi X emesse da questi oggetti, e questo ci dà un'idea dei processi estremi che devono guidarli".

NuSTAR è una missione Small Explorer guidata da Caltech e gestita dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, una divisione di Caltech, per la direzione della missione scientifica dell'agenzia a Washington. NuSTAR è stato sviluppato in collaborazione con l'Università Tecnica Danese e l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Il veicolo spaziale è stato costruito da Orbital Sciences Corporation a Dulles, Virginia (ora parte di Northrop Grumman). Il centro operativo della missione di NuSTAR si trova presso l'Università della California, Berkeley, e l'archivio dati ufficiale si trova presso l'High Energy Astrophysics Science Archive Research Center della NASA. L'ASI fornisce la stazione di terra della missione e un archivio mirror.