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La curiosità del mese

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Lei è in arresto! Qualsiasi cosa dica potrà essere usata contro di lei.....

La curiosità del mese di giugno 2010 a cura di Tomaso Belloni


Fig. 1 - Illustrazione del sistema binario Circinus X-1 composto da una stella di massa parecchie volte quella del nostro Sole (la stella blu sullo sfondo) e da una stella di neutroni. La potente gravità della stella di neutroni attrae il materiale dalla stella compagna in un cosiddetto disco di accrescimento che la circonda. La stella di neutroni emette un getto di materiale che si muove quasi alla velocità della luce. Nella box a destra in basso un ritratto del grande investigatore Sherlock Holmes. Crediti: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Wisconsin-Madison/S.Heintz et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss
Fig. 1 - Illustrazione del sistema binario Circinus X-1 composto da una stella di massa parecchie volte quella del nostro Sole (la stella blu sullo sfondo) e da una stella di neutroni. La potente gravità della stella di neutroni attrae il materiale dalla stella compagna in un cosiddetto disco di accrescimento che la circonda. La stella di neutroni emette un getto di materiale che si muove quasi alla velocità della luce. Nella box a destra in basso un ritratto del grande investigatore Sherlock Holmes. Crediti: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Wisconsin-Madison/S.Heintz et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss.

Gli investigatori hanno fatto un buon lavoro. Sanno chi è il colpevole, sanno come ha agito perfino nei dettagli.
C’è un unico problema: non possono provarlo, hanno ancora bisogno di un elemento per poter procedere all’arresto.
In questo caso c’è una sola cosa da fare: aspettare che il sospetto faccia un passo falso.
Questo significa settimane o mesi di appostamenti, pedinamenti, intercettazioni. Un lavoro lungo e noioso, che però alla fine da’ i suoi frutti.
Il sospetto commette il passo falso che tutti si aspettavano e fornisce alla polizia la prova mancante. Viene arrestato.
Bella trama per un romanzo poliziesco, ma cosa ha a che fare con l’astronomia?
Come faccio a dimostrare di non avere qualcosa?
Se mi chiedono di dimostrare che ho un computer non ho problemi, basta che lo faccia vedere. Ma dimostrare che non ce l’ho?
Bel problema filosofico, ma cosa ha a che fare con l’astronomia? Un buco nero è un oggetto che non ha una superficie solida, non emette luce, non ha un campo magnetico.
È piccolo e pesante, ma anche una stella di neutroni è piccola e un po’ meno pesante.
Abbiamo già visto come si fa a scovare un buco nero "pesandolo" (Come posso vedere un buco nero? - curiosità di ottobre 2008).
Ma se non posso pesarlo?

Fig. 2 - Illustrazione della stella di neutroni EXO 0748-676 (l’oggetto blu in centro) e della sua stella compagna che fornisce il carburante per i "burst" termonucleari sulla sua superficie. Crediti: NASA
Fig. 2 - Illustrazione della stella di neutroni EXO 0748-676 (l’oggetto blu in centro) e della sua stella compagna che fornisce il carburante per i "burst" termonucleari sulla sua superficie. Per vedere un’animazione del burts andare alla pagina web di Heasarc (QuickTime Movie - 8.7 MB). Crediti: NASA.

Quando un buco nero o una stella di neutroni si trova in un sistema binario con una stella normale può strapparle materia.
Questa materia forma un disco, si muove a spirale verso il centro e alla fine raggiunge l’oggetto compatto [l’abbiamo già visto l’anno scorso - Come trovo un buco nero? - curiosità di febbraio 2009].
Qui c’è una ovvia differenza.
Una stella di neutroni possiede una superficie, quindi la materia si deposita sulla stella.
Nel caso di un buco nero, il gas ci cade dentro e sparisce alla vista (il buco è appunto nero).
La materia che si accumula sulla superficie della stella di neutroni è compressa ad alta densità e temperatura dalla forza di gravità.
È possibile, sotto certe condizioni, che in questo strato di gas si raggiungano le condizioni per innescare una reazione nucleare improvvisa.
Se succede, la superficie della stella di neutroni esplode e l’oggetto diventa molto brillante: è quello che si chiama "burst" termonucleare. Improvvisamente l’oggetto diventa molto più brillante in raggi X, fenomeno caratteristico che normalmente dura circa un minuto.

Fig. 3 - Illustrazione della missione spaziale NASA Rossi X-ray Timing Explorer. Crediti: NASA.
Fig. 3 - Illustrazione della missione spaziale NASA Rossi X-ray Timing Explorer. Crediti: NASA.

È evidente che quando osservo un fenomeno di questo tipo da una sorgente X, questa non può essere un buco nero: sto vedendo una prova diretta che l’oggetto ha una superficie. È una stella di neutroni.
E se non lo vedo? Non dimostro che non ha una superficie: l’assenza di evidenza non si traduce in evidenza di assenza.
Venticinque anni fa sono stati osservati alcuni "burst" da una sorgente X brillante nella costellazione del compasso, Circinus X-1.
La sorgente à molto strana e difficile da classificare.
I burst sarebbero una prova che il sistema contiene una stella di neutroni, ma sfortunatamente lo strumento di 25 anni fa non produceva immagini e osservava una regione di cielo piuttosto grande intorno alla sorgente: era sempre possibile che il burst venisse da un’altra sorgente, dato che in quella zona di cielo la densità stellare è molto alta.

Fig. 4 - Illustrazione della missione spaziale NASA Swift Gamma-Ray Burst che vede una forte participazione italiana. Le osservazioni dei satelliti Rossi XTE e di Swift hanno permesso l’arresto di Circinus X-1. Crediti: NASA.
Fig. 3 - Illustrazione della missione spaziale NASA Swift Gamma-Ray Burst che vede una forte participazione italiana. Le osservazioni dei satelliti Rossi XTE e di Swift hanno permesso l’arresto di Circinus X-1. Crediti: NASA.

Cosa si poteva fare? Aspettare e osservare il più possibile Circinus X-1. Pedinarla. Intercettare la sua emissione X.
Lavoro lungo, 25 anni di appostamenti, di osservazioni.
Finalmente il lavoro ha dato i suoi frutti. Il satellite della NASA Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE), in orbita da quindici anni, dopo avere osservato Circinus X-1 piu di settecento volte, il 15 maggio di quest’anno ha visto un burst a cui sono seguiti diversi altri.
Il satellite Swift, una missione NASA che vede una forte participazione italiana, ha puntato Circinus X-1 e ha visto altri burst, confermando che vengono proprio da li’.
Prova trovata, colpevole arrestato!
Era il numero uno nella lista dei criminali a piede libero, venticinque anni di latitanza sono finiti quest’anno.
La lista è ancora lunga, ma gli astronomi non demordono mai.

Per saperne di più

Sito ufficiale della missione NASA Rossi X-ray Timing Explorer (pagina in inglese)
Sito ufficiale della missione NASA Swift Gamma-Ray Burst (pagina in inglese)
Sito del nostro istituto della missione NASA Swift Gamma-Ray Burst (pagina in inglese)
Sito divulgativo del nostro istituto della missione NASA Swift Gamma-Ray Burst (pagina in italiano)

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