La binaria a raggi X Hercules X-1, un sistema in cui una stella di neutroni sta sottraendo materiale a una stella simile al nostro Sole, ha catturato l’attenzione degli astronomi dell’Istituto di Tecnologia del Massachusetts (MIT).

Il disco di accrescimento intorno a questa stella di neutroni è unico nel suo genere, in quanto è deformato e oscilla durante la sua rotazione. Sfruttando queste caratteristiche, i ricercatori hanno catturato diverse prospettive del disco rotante e hanno creato per la prima volta una mappa bidimensionale dei venti.

Questa nuova mappa rivela la forma e la struttura verticale del vento, nonché la sua velocità, e potrebbe rivelare indizi sulla formazione delle galassie.

Dischi di accrescimento di binarie a raggi X

Le binarie a raggi X sono dei sistemi binari formati da un oggetto compatto (una stella di neutroni o un buco nero) e uno meno denso (per esempio una stella), ed emettono una grande quantità di radiazione nella lunghezza d’onda dei raggi X.

Nello specifico, il corpo celeste più compatto divora la stella vicina, attirando la materia attraverso un disco di accrescimento, un colossale vortice di gas e polvere che si raccoglie attorno alla stella di neutroni o al buco nero, come uno zucchero filato (cosmico).

La “preda”, però, non è divorata completamente: parte della materia viene espulsa: dei venti che riescono a influenzare l’ambiente circostante. I venti del disco sono di estrema importanza, perché possono offrire indizi sulla formazione e l’evoluzione di sistemi stellari e persino di intere galassie.

Sfruttare l’oscillazione di sistemi come Hercules X-1 potrebbe rappresentare un punto di svolta per la ricerca. Peter Kosec, postdoc presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT e primo autore dello studio, spiega:

In futuro, potremmo mappare i venti del disco in una serie di oggetti e determinare come le proprietà del vento cambino, ad esempio, con la massa di un buco nero o con la quantità di materiale che sta accrescendo. Questo aiuterà a determinare come i buchi neri e le stelle di neutroni influenzano il nostro Universo.

L’origine irrisolta dei venti

Il meccanismo di produzione di questi venti non è tuttora chiaro. Alcune teorie propongono che i campi magnetici possano frantumare il disco ed espellere parte del materiale verso l’esterno sotto forma di vento, altre sostengono che le radiazioni della stella di neutroni potrebbero riscaldare e far evaporare la superficie del disco in raffiche roventi.

Per fare luce sulle origini dei venti, i ricercatori ne dovrebbero studiare la struttura, ma la forma e l’estensione sono avvolte da un’aurea di mistero. Questo perché la maggior parte dei dischi di accrescimento hanno una forma relativamente uniforme, e ruotano su un unico piano. “Possiamo sondare le proprietà del vento solo in un singolo punto, e siamo completamente ciechi rispetto a tutto ciò che sta intorno a quel punto” ha osservato Kosec.

La svolta è avvenuta nel 2020, quando gli astronomi del MIT hanno identificato Hercules X-1, una binaria a raggi X che si distingue dalle altre perché il suo disco di accrescimento è deformato, e oscilla mentre ruota. “Il disco oscilla nel tempo ogni 35 giorni, e i venti hanno origine da qualche parte nel disco e attraversano la nostra linea di vista a diverse altezze sopra il disco” ha affermato Kosec. “Si tratta di una proprietà davvero unica di questo sistema, che ci permette di comprendere meglio le proprietà del vento verticale”.

Lo “zucchero filato” nel disco di accrescimento di Hercules X-1

I ricercatori hanno osservato Hercules X-1 con due telescopi a raggi X, XMM-Newton dell’ESA e Chandra X-ray Observatory della NASA. In particolare, hanno misurato lo spettro dei raggi X, ossia la quantità di fotoni con lunghezza d’onda dei raggi X che arrivano ai rivelatori in rapporto alla loro energia.

Con queste analisi, gli astronomi sono in grado di determinare la temperatura, la velocità e la quantità di plasma all’interno del vento del disco, trascinato come fosse zucchero filato. Grazie alla deformazione del disco, Kosec insieme al suo team di ricerca ha osservato i segni dei venti a diverse altezze rispetto al disco.

Di conseguenza, è stato possibile analizzare la temperatura e la densità dei venti a diverse altezze e costruire quindi una mappa bidimensionale della struttura verticale del vento.

Nel prossimo futuro, gli astronomi vorrebbero confrontare queste osservazioni con simulazioni teoriche per capire quale potrebbe essere il meccanismo di origine di questi venti. Sperano anche di scoprire altri sistemi deformati e oscillanti, come Hercules X-1, in modo tale da avere una visione più ampia dei venti e comprendere come riescono a influenzare l’ambiente circostante.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, è reperibile qui.