Osservato un picco record di raggi X causato da una esplosione termonucleare su una pulsar – video

L'esplosione di raggi X, la più brillante vista finora dallo strumento NICER sulla ISS, proveniva da una pulsar chiamata J1808. Le osservazioni hanno rivelato molti fenomeni mai stati visti insieme in una singola esplosione. Inoltre, dopo l'esplosione c'è stato un nuovo lampo di cui gli astronomi non hanno ancora capito la causa.

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Osservato un'esplosione termonucleare su una pulsar

Il telescopio Interior Composition Explorer (NICER) della NASA sulla Stazione Spaziale Internazionale ha rilevato un improvviso picco di raggi X alle 22:04 EDT del 20 agosto 2019. L’esplosione è stata causata da un enorme lampo termonucleare sulla superficie di un pulsar, i resti compressi di una stella che molto tempo fa è esplosa come una supernova.

L’esplosione di raggi X, la più brillante vista finora da NICER, proveniva da un oggetto chiamato SAX J1808.4-3658, o J1808. Le osservazioni rivelano molti fenomeni che non sono mai stati visti insieme in una singola esplosione. Inoltre, dopo l’esplosione c’è stato un nuovo lampo di cui gli astronomi non hanno ancora capito la causa.

Questo scoppio è stato eccezionale“, ha detto il ricercatore capo Peter Bult, astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA. “Abbiamo visto un cambiamento nella luminosità avvenuto in due fasi, che riteniamo sia causato dall’espulsione di strati separati dalla superficie pulsar e da altre caratteristiche che ci aiuteranno a decodificare la fisica di questi potenti eventi“.

L’esplosione, che gli astronomi classificano come un’esplosione di raggi X di tipo I, ha rilasciato in 20 secondi la stessa energia che rilascia il Sole 10 giorni. Il dettaglio acquisito da NICER su questa eruzione da record aiuterà gli astronomi a perfezionare la loro comprensione dei processi fisici che guidano le riacutizzazioni termonucleari di questa e altre pulsar.

Una pulsar è una specie di stella di neutroni, il nucleo compatto rimasto quando una stella massiccia si esaurisce e collassa sotto il suo stesso peso ed esplode. Le pulsar possono ruotare rapidamente e ospitare punti caldi che emettono raggi X dai loro poli magnetici. Mentre l’oggetto ruota, spazza i punti caldi attraverso la nostra linea di vista, producendo impulsi regolari di radiazione ad alta energia.

J1808 si trova a circa 11.000 anni luce di distanza nella costellazione del Sagittario. Effettua 401 rotazioni al secondo, ed è membro di un sistema binario. Il suo compagno è una nana bruna, un oggetto più grande di un pianeta gigante ma troppo piccolo per essere una stella. Un flusso costante di gas idrogeno fluisce dal compagno verso la stella di neutroni e si accumula in una vasta struttura chiamata disco di accrescimento.

Il gas nei dischi di accrescimento non si sposta facilmente verso l’interno. Ma ogni pochi anni, i dischi attorno alle pulsar come J1808 diventano così densi che una grande quantità di gas viene ionizzata o spogliata dei suoi elettroni. Ciò rende più difficile lo spostamento della luce attraverso il disco. L’energia intrappolata avvia un processo in fuga di riscaldamento e ionizzazione che intrappola ancora più energia. Il gas diventa più resistente al flusso e inizia a scendere in una spirale verso l’interno e, alla fine, cade nella pulsar.

L’idrogeno che piove sulla superficie forma un “mare” globale caldo e sempre più profondo. Alla base di questo strato, le temperature e le pressioni aumentano fino a quando i nuclei di idrogeno si fondono per formare nuclei di elio, che producono energia – un processo in atto nel cuore del nostro Sole.

L’elio si deposita e crea uno strato tutto suo“, ha detto Zaven Arzoumanian del Goddard, vice ricercatore principale di NICER e coautore del documento. “Una volta che lo strato di elio è profondo pochi metri, le condizioni consentono ai nuclei di elio di fondersi nel carbonio. Quindi l’elio esplode e scatena una palla di fuoco termonucleare su tutta la superficie della pulsar”.

Gli astronomi utilizzano un concetto chiamato limite di Eddington – dall’astrofisico inglese Sir Arthur Eddington – per descrivere la massima intensità di radiazione che una stella può avere prima che tale radiazione la faccia espandere. Questo punto dipende fortemente dalla composizione del materiale che si trova sopra la fonte di emissione.

Il nostro studio sfrutta questo concetto acquisito in un modo nuovo“, ha affermato il coautore Deepto Chakrabarty, professore di fisica presso il Massachusetts Institute of Technology di Cambridge. “Apparentemente stiamo vedendo il limite di Eddington per due diverse composizioni nella stessa radiografia. Questo è un modo molto efficace e diretto per seguire le reazioni di combustione nucleare che sono alla base dell’evento“.

All’inizio dello scoppio, i dati NICER mostrano che la sua luminosità a raggi X si è stabilizzata per quasi un secondo prima di aumentare di nuovo a un ritmo più lento. I ricercatori interpretano questo “stallo” come il momento in cui l’energia dell’esplosione si è accumulata abbastanza da far esplodere lo strato di idrogeno della pulsar nello spazio.

La palla di fuoco continuò a crescere per altri due secondi e poi raggiunse il suo picco, soffiando via lo strato di elio più massiccio. L’elio si espanse più velocemente, raggiunse lo strato di idrogeno prima che potesse dissiparsi, quindi rallentò, si fermò e si posò di nuovo sulla superficie della pulsar. Dopo questa fase, la pulsar si illuminò di nuovo brevemente di circa il 20 percento per ragioni che il tema non ha ancora capito.

Durante il recente ciclo di attività di J1808, NICER ha rilevato un’altra esplosione di raggi X molto più debole che non mostrava nessuna delle caratteristiche chiave osservate nell’evento del 20 agosto.

Oltre a rilevare l’espansione di diversi strati, le osservazioni NICER dell’esplosione rivelano i raggi X che si riflettono sul disco di accrescimento e registrano lo sfarfallio delle “oscillazioni di scoppio” – segnali a raggi X che salgono e scendono alla frequenza di spin della pulsar ma che si verificano in posizioni di superficie diverse rispetto ai punti caldi responsabili dei suoi normali impulsi a raggi X.

Un articolo che descrive i risultati è stato pubblicato da The Astrophysical Journal Letters.

Riferimento: “A NICER Thermonuclear Burst from the Millisecond X-Ray Pulsar SAX J1808.4–3658 ″ di Peter Bult, Gaurava K. Jaisawal, Tolga Güver, Tod E. Strohmayer, Diego Altamirano, Zaven Arzoumanian, David R. Ballantyne, Deepto Chakrabarty, Jérôme Chenevez, Keith C. Gendreau, Sebastien Guillot e Renee M. Ludlam, 23 ottobre 2019, The Astrophysical Journal Letters .
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ab4ae1