Eicostruzione artistica. Credit: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC).

Introduzione

Un team di ricercatori dell’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha rilevato per la prima volta all’infrarosso l’emissione costante di venti prodotti durante l’eruzione di un buco nero in un sistama binario a raggi X. Fino ad ora, questi flussi di materiale erano stati rilevati solo in altri intervalli di lunghezza d’onda, come i raggi X o il visibile, a seconda della fase in cui il buco nero sta consumando il materiale circostante. Questo studio fornisce la prima prova che i venti sono presenti durante tutta l’evoluzione dell’eruzione, indipendentemente dalla fase e questo è un passo avanti nella nostra comprensione dei misteriosi processi di accrescimento dei buchi neri di massa stellare.

L’articolo è stato appena pubblicato su Astronomy and Astrophysics Letters ed è stato scelto come “articolo eccezionale” dalla rivista stessa.

Sistemi binari a raggi X

I sistemi binari a raggi X, come suggerisce il nome, sono stelle binarie che emettono forti radiazioni ai raggi X. Sono formati da un oggetto compatto, normalmente un buco nero, con un compagno stellare. I binari a raggi X a bassa massa (LMXB) hanno compagni con masse uguali o inferiori alla massa del Sole. In questi sistemi le due stelle orbitano ad una distanza così piccola che una parte della massa della stella cade nel pozzo gravitazionale del buco nero, formando un disco piatto di materiale intorno ad esso. Questo processo è detto di accrescimento e il disco è un disco di accrescimento.

Alcuni binari a raggi X, definiti transitori, sono passati da stati quiescenti – in cui la quantità di massa che si deposita sul buco nero è piccola e la sua luminosità è troppo bassa per essere rilevata dalla Terra – a stati eruttivi in cui il buco nero ha un tasso di accrescimento aumentato, in modo che il materiale nel disco si riscalda, raggiungendo valori compresi tra uno e dieci milioni di gradi Kelvin. Durante queste eruzioni, che possono durare da settimane a diversi mesi, il sistema emette un grande flusso di raggi X e la sua luminosità aumenta di diverse magnitudini.

Ancora non sappiamo esattamente quali siano i processi fisici che si verificano durante questi episodi di accrescimento. “Questi sistemi sono luoghi dove la materia è soggetta a campi gravitazionali tra i più forti dell’universo, per cui i binari a raggi X sono laboratori di fisica che la natura ci fornisce per lo studio di oggetti compatti e il comportamento della materia che li circonda“, spiega Javier Sánchez Sierras, ricercatore alla IAC e primo autore dell’articolo.

Uno dei processi fisici più importanti che gli scienziati devono comprendere è l’espulsione della materia, o dei venti, durante gli episodi di accrescimento. Secondo Teo Muñoz Darias, ricercatore della IAC e coautore dell’articolo, “lo studio dei venti in quei sistemi è una chiave per capire i processi di accrescimento, perché i venti possono arrivare ad espellere ancora più materia di quanta ne venga accumulata dal buco nero“.

Stesso vento, stati diversi

L’articolo appena pubblicato su Astronomia e Astrofisica Lettere, scelto dalla rivista come “articolo di punta“, presenta la scoperta dei venti del buco nero MAXI J1820+070 nell’infrarosso, durante l’eruzione avvenuta nel periodo 2018-2019. Negli ultimi vent’anni sono stati osservati venti nei raggi X durante l’eruzione, definiti “morbidi” in cui la radiazione emessa dal disco di accrescimento è dominante, mostrando un’elevata luminosità. Più recentemente, lo stesso gruppo della IAC ha scoperto a lunghezze d’onda visibili venti nello stato di accrescimento hard che è caratterizzato dalla comparsa di un getto, che esce essenzialmente perpendicolare al disco di accrescimento, e che emette a lunghezze d’onda radio.

Nel presente studio abbiamo mostrato la scoperta dei venti infrarossi che sono presenti sia durante lo stato di accrescimento hard che durante quello soft, durante la piena evoluzione dell’eruzione, il che significa che la loro presenza non dipende dallo stato di accrescimento, ed è la prima volta che questo tipo di venti è stato osservato“. I ricercatori hanno anche potuto dimostrare che le proprietà cinematiche del vento sono molto simili a quelle osservate nel 2019 nella gamma visibile, raggiungendo velocità fino a 1.800 km/s.

Questi dati suggeriscono che il vento è lo stesso per entrambi i casi, ma la sua visibilità cambia lunghezza d’onda durante l’evoluzione dell’eruzione, il che indicherebbe che il sistema sta perdendo massa e anche momento angolare durante il processo dell’eruzione“, spiega Muñoz Darias. Questi risultati sono molto importanti per gli scienziati, perché aggiungono un nuovo elemento al quadro globale dei venti di questi sistemi e rappresentano un passo avanti verso l’obiettivo di completare la nostra comprensione dei processi di accrescimento sui buchi neri di massa stellare.

Citazioni e Approfondimenti