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Visti da fuori

La curiosità del mese di agosto 2011 a cura di Tomaso Belloni

Fig. 1 - Fase ultima di test prima del lancio del missile Aerobee - ulteriore evoluzione di una V2 tedesca - che portava il contatore Geiger con cui venne scoperta la prima sorgente X celeste battezzata Scorpio X-1, nella notte tra il 18 e il 19 giugno del 1962. Crediti Chandra.

Fig. 2 - Il lancio del satellite europeo XMM Newton con il vettore Arianne 5 il 10 dicembre 1999. L'osservatorio e' ancora perfettamente funzionante e la sua missione e' stata estesa fino al 31 dicembre 2012. Crediti: ESA.

Fig. 2 - Il lancio del satellite europeo XMM Newton con il vettore Arianne 5 il 10 dicembre 1999. L’osservatorio è ancora perfettamente funzionante e la sua missione è stata estesa fino al 31 dicembre 2012. Crediti: ESA.

Nel 1962, la prima sorgente di raggi X extrasolare è stata scoperta: un sistema binario nella nostra galassia consistente in una stella normale e una stella di neutroni.
Oggi conosciamo decine di migliaia di sorgenti di radiazione X. Nella nostra galassia abbiamo quasi tutte le categorie di oggetti celesti osservati in X: pianeti, comete, stelle normali, stelle doppie, sistemi con stelle di neutroni e buchi neri, resti di supernova eccetera.
Al di fuori della nostra galassia vediamo in X galassie normali, galassie attive, ammassi di galassie, quasar ...
Ma c’è qualcosa di intermedio fra oggetti di massa stellare all’interno della nostra galassia e oggetti supermassivi collegati ad altre galassie.
Siamo in condizione di vedere le popolazioni di oggetti stellari che emettono raggi X in altre galassie.
In altre parole, possiamo vedere dentro altre galassie.
Naturalmente parliamo di quelle abbastanza vicine e di oggetti abbastanza luminosi, ma abbiamo già a disposizione dei veri cataloghi di sorgenti X in galassie diverse dalla nostra.
Quali sono i vantaggi?
Innanzitutto la nostra galassia è a forma di spirale e quindi molto schiacciata.
Dato che ci stiamo dentro, la maggior parte delle stelle (e delle sorgenti X) si trovano sulla "via lattea", ovvero la galassia vista da dentro.
Dato che oltre a stelle la galassia contiene gas e polvere, più lontano si guarda più assorbimento si trova.
Il risultato è che a grandi distanze non vediamo molto bene.
Cosa meglio di guardare una galassia come la nostra da fuori, possibilmente dall’alto, e eliminare la maggior parte dei problemi?

Fig. 3 - Il catalogo di sorgenti X della nostra galassia compilato dai dati del satellite per l’astronomia X HEAO. Crediti: Reproduced courtesy of the U.S. Naval Research Laboratory.

Non tutte le galassie sono uguali e lo studio delle popolazioni di oggetti brillanti in raggi X, essenzialmente soltanto sistemi binari con stelle di neutroni e buchi neri (i più luminosi) ci aiuta a capire come le caratteristiche della galassia abbiano effetto sulla nascita e l’evoluzione di questi oggetti.
Non solo tutte le galassie non sono uguali, ma alcune sono molto strane.
Ad esempio, ci sono casi molto peculiari di galassie in collisione, come ad esempio le galassie delle Antenne (NGC 4038 e NGC 4039).
L’interazione fra le due galassie nello scontro ha portato a una grande formazione di nuove stelle e la distribuzione di oggetti brillanti in X segue la formazione stellare.
Poi naturalmente ci sono i risultati inaspettati, da sempre il sale della ricerca.

Fig. 4 - Le Antenne e' il nome di due celebri galassie spirali interagenti visibili nella costellazione del Corvo, note anche con le sigle di catalogo NGC 4038/4039 e C 60/61. Devono il loro nome alle due lunghe strutture filamentose che da esse si diramano verso l'esterno, formate da gas, polveri e stelle. Immagine e Crediti e Copyright: Acquisition and data reduction - Andrey Oreshko (Elena Remote Observatory),
Processing - Dietmar Hager (stargazer-observatory) - APOD del 29 aprile 2011.

Fig. 4 - Le Antenne, in ottico in questa immagine, è il nome di due celebri galassie spirali interagenti visibili nella costellazione del Corvo, note anche con le sigle di catalogo NGC 4038/4039 e C 60/61. Devono il loro nome alle due lunghe strutture filamentose che da esse si diramano verso l’esterno, formate da gas, polveri e stelle. Immagine e Crediti e Copyright: Acquisition and data reduction - Andrey Oreshko (Elena Remote Observatory), Processing - Dietmar Hager (stargazer-observatory) - APOD del 29 aprile 2011.

Dato che conosciamo la distanza di queste galassie, possiamo calcolare quanto siano luminose le loro sorgenti X.
Confrontando con la nostra galassia, si trova che diversi sistemi sono molto più luminosi di quelli della nostra galassia.
Per qualche motivo, non abbiamo sorgenti così brillanti dalle nostre parti.
Non soltanto questo: la loro luminosità, proveniente dall’accrescimento di materia su un buco nero (vedi curiosità di febbraio 2010: "Tieni chiusa la bocca quando mangi!"), è troppo alta perchè il "motore" possia funzionare.

Fig. 5 - La zona centrale - circa 80.000 anni luce - delle due galassie chiamate Antenne osservata dal satellite per l’astronomia X Chandra nel 2004. Si notano sorgenti puntiformi - buchi neri e stelle di neutroni - immerse in "bolle" a temperature di milioni di gradi. Crediti: G. Fabbiano (CfA) et al., CXC, SAO, NASA - APOD del 3 febbraio 2004.

Le soluzioni sono due: o il motore funziona in modo diverso, ad esempio emettendo i raggi X solo in alcune direzioni (inclusa quella verso di noi), oppure il buco nero di questi sistemi è molto più massiccio del solito: 100-1000 volte il nostro sole in confronto al valore più classico di 10 volte.
Non solo il problema non è ancora stato risolto (ed è oggetto di forti controversie fra opposte fazioni), ma la sua soluzione porterà ad altri problemi: nel primo caso come funziona il meccanismo del motore modificato?
Nel secondo caso, come possono nascere sistemi di questo tipo con buchi neri così grandi?
Ovviamente dato che col passare del tempo i telescopi X diventano sempre più sensibili, scopriremo sorgenti più deboli in queste galassie e sorgenti come queste in galassie più lontane, mentre per il problema delle sorgenti "troppo" luminose si potranno avere dati sempre più precisi per poter distinguere fra le due possibilità e capire di cosa si tratti.
Non è escluso che entrambe le soluzioni siano corrette e ci siano davvero due popolazioni.

Per saperne di più

Astronomia X da Wikipedia
X-ray Astronomy Satellites & Missions sito dedicato all’astronomia X della NASA (in inglese)