Super -Eddington 2016 – ULXs Protagoniste Della Terza e Quarta Giornata


 Nell'immagine è presentata - in una composizione di X, ottico ed infrarosso - la fusione tra le due galassie a spirale NGC 2207 e IC 2163, target ideale per parte di questi studi in quanto contengono una grande quantità di sorgenti ULX. Credit: banda X: NASA/CXC/SAO/S.Mineo et al, ottico: NASA/STScI, infrarosso: NASA/JPL-Caltech
Nell'immagine è presentata - in una composizione di X, ottico ed infrarosso - la fusione tra le due galassie a spirale NGC 2207 e IC 2163, target ideale per parte di questi studi in quanto contengono una grande quantità di sorgenti ULX.
Credit: banda X: NASA/CXC/SAO/S.Mineo et al, ottico: NASA/STScI, infrarosso: NASA/JPL-Caltech

Le ULXs (Ultra Luminous X-ray sources) compaiono per la prima volta nel corso della terza giornata di “Breaking The Limits: Super-Eddington accretion onto compact objects”.

Ad alimentare una ULXs può esserci un buco nero di massa intermedia, con un disco di accrescimento sub-Eddington, oppure uno di massa stellare - con massa circa pari a 10 masse solari - con un accrescimento super-Eddington (necessario per osservare una luminosità così elevata). Il secondo è stato l'unico al momento certificato, ed in tutti i casi si è notato un forte spostamento verso il blu delle lunghezze d'onda (quindi un avvicinamento della sorgente) e profonde righe di assorbimento.

 L'immagine si riferisce ad una simulazione del disco di un buco nero di 6.62 masse solari, a cui è stato associato un disco di accrescimento super-Eddington. Credit: Jiang et al., 2014, ApJ, 796, 106
L'immagine si riferisce ad una simulazione del disco di un buco nero di 6.62 masse solari, a cui è stato associato un disco di accrescimento super-Eddington. Credit: Jiang et al., 2014, ApJ, 796, 106

Le ULX sono per la stragrande maggioranza - ma non la totalità - buchi neri. Con l'intervento di Matteo Bachetti si è parlato anche di pulsar, e soprattutto DELLA pulsar che ha fatto la storia in questo campo: si tratta di M82 X-2, sorgente che si trova in un sistema binario nella vicina galassia M82 (Galassia Sigaro), a 12 milioni di anni luce da noi.

Ben studiato da Chandra - anche se inizialmente scambiato per una binaria con un buco nero - il sistema di M82 X-2 è stato analizzato nella banda X anche da NuSTAR dopo un'esplosione in supernova nei pressi del centro galattico (nell'immagine si nota anche la sorgente X-1, che si pensa potrebbe ospitare un buco nero di massa intermedia e mostra una luminosità simile). La pulsar, che emette un'energia pari a quella di 10 milioni di soli, è stata una scoperta quasi casuale: la ULX poteva infatti essere un buco nero di massa intermedia, oggetto che ancora non è stato osservato.

Il team di Ohsuga ha simulato i due diversi casi di accrescimento di una stella di neutroni: nel caso in cui il campo magnetico sia troppo forte ed impedisca la formazione di un disco, il materiale viene incanalato in una colonna di accrescimento verso i poli dove collassa sulla superficie; viceversa, se il campo è basso il disco ha la possibilità di svilupparsi.

Se il campo magnetico generato da una stella di neutroni diventa molto intenso, è davvero difficile che la stella, quando si trova in un sistema binario e la compagna cede il proprio materiale, possa avere un disco di accrescimento. Poiché la stella di neutroni accresce lo stesso, il materiale riesce a ricadere sulla sua superficie: la modalità è spiegata dal modello a faro, in cui il gas viene spinto verso i poli magnetici dell'oggetto. Nel riquadro a lato viene mostrato un fotogramma della simulazione di questa situazione: i risultati mostrano in rosso la radiazione più forte, mentre le frecce indicano la direzione del flusso di fotoni, di cui gran parte è prodotta nei pressi della superficie e si allontanano dal lato della colonna di accrescimento. Credit: NAOJ
Se il campo magnetico generato da una stella di neutroni diventa molto intenso, è davvero difficile che la stella, quando si trova in un sistema binario e la compagna cede il proprio materiale, possa avere un disco di accrescimento. Poiché la stella di neutroni accresce lo stesso, il materiale riesce a ricadere sulla sua superficie: la modalità è spiegata dal modello a faro, in cui il gas viene spinto verso i poli magnetici dell'oggetto. Nel riquadro a lato viene mostrato un fotogramma della simulazione di questa situazione: i risultati mostrano in rosso la radiazione più forte, mentre le frecce indicano la direzione del flusso di fotoni, di cui gran parte è prodotta nei pressi della superficie e si allontanano dal lato della colonna di accrescimento. Credit: NAOJ

L’argomento delle ULX è stato interrotto per creare una parentesi dedicate alle missioni attuali e future nel campo dell’astrofisica delle alte energie. Tra le nuove missioni in preparazione riguardanti gli oggetti compatti, Athena (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics), osservatorio spaziale progettato dall'ESA per la banda X e presentata oggi da Didier Barret, si annovera nelle più ambiziose.Seconda grande missione del progetto ESA Cosmic Vision 2015-2035, Athena sarà lanciata con due strumenti a bordo (il Wide Field Imager per riprese ad alto campo e l'X-ray Integral Field Unit per la spettroscopia ad alta risoluzione) nel 2018 e portata in orbita nel punto di Lagrange (in cui l'attrazione gravitazionale del Sole e della Terra si bilanciano, creando una situazione di equilbrio) L2 oppure L1.

Credit: Athena-Collaboration/ESA
Credit: Athena-Collaboration/ESA

Il telescopio avrà come obiettivo principale quello di rispondere a domande chiave per il campo dell'universo caldo ed energetico atraverso lo studio delle brillanti emissioni nella banda X: tra di esse, la formazione di grandi strutture astronomiche (tramite lo studio di gas caldissimi nei cluster) e l'evoluzione dei buchi neri che influiscono sulla foma delle galassie ospiti (tramite lo studio dei dischi di accrescimento di oggetti compatti). Dopo Didier Barret, il vicepresidente dell’INAF Enrico Cappellaro ha raccontato della strutturazione e delle missioni che attualmente coinvolgono l’Istituto Nazionale di Astrofisica in Italia (come la rete di radiotelescopi italiani) e nel mondo.

La sessione dei lavori si è chiusa in anticipo per la gita al Sardinia Radio Telescope (SRT), il radiotelescopio paraboloide più grande in Italia con i suoi 64 metri di diametro, situato a San Basilio, ad una quarantina di km da Cagliari, ed in grado di osservare oggetti in una banda compresa tra 330 MHz e 100 GHz.

Foto di gruppo con il Sardinia Radio Telescope. Credit: Giulia Murtas
Foto di gruppo con il Sardinia Radio Telescope. Credit: Giulia Murtas

Ad illustrare la storia e le caratteristiche attuali di SRT, con una presentazione che ha mostrato i molteplici utilizzi dello strumento sia in campo astronomico che in campo geodinamico (monitoraggio del movimento delle placche) e spaziale (collegamento con le sonde in viaggio per il Sistema Solare) è stato Andrea Possenti, direttore dell’Osservatorio di Cagliari-INAF.

Dott. Andrea Possenti, direttore dell'Osservatorio Astronomico di Cagliari. Credit: Giulia Murtas
Dott. Andrea Possenti, direttore dell'Osservatorio Astronomico di Cagliari. Credit: Giulia Murtas

L’argomento delle ULX è stato ripreso durante a quarta giornata, nella quale gli interventi si sono concentrati sulla fisica di questi oggetti e sulle particolarità di alcuni esempi osservativi: è il caso di IGR J17091+3624, il buco nero stellare più piccolo mai scoperto nella nostra galassia (con appena 3-5 masse solari), e di GRS 1915+105, che con massa pari a 12.4 masse solari è invece il buco nero stellare più grande mai osservato. Come ha spiegato Jamie Court, dell’Università di Southampton, questi sono gli unici due oggetti che possiedono una sorta di “pulsazione” nella loro emissione davvero simile, mai riscontrata in altri buchi neri.

Rappresentazione d'artista del buco nero IGR J17091. Credit: NASA/CXC/M.Weiss
Rappresentazione d'artista del buco nero IGR J17091.
Credit: NASA/CXC/M.Weiss

Ma non solo: oltre alle ULXs esiste un'ulteriore categoria di oggetti analoghi – di cui hanno parlato Shogo Kobayashi e Takumi Ogawa dell’Università di Tokyo, che è passata un po' inosservata: si tratta delle ULSs (Ultra Luminous Supersoft sources), sottogruppo delle ULXs che inizialmente sono stati ricollegati all'attività di buchi neri di massa intermedia con emissione super soffice dai loro larghi dischi di accrescimento. L'emissione X super soffice proviene da un flusso caldo ed otticamente spesso proveniente dal disco: la temperatura che definisce il colore risulta essere dieci volte inferiore alla temperatura del disco di un buco nero, il che suggerisce un raggio di emissione diecimila volte più grande!

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Dallo studio di due ULS (M101 ULX-1 e M81 ULX-1) è risultato che i buchi neri in questi oggetti sono di massa stellare e sottoposti ad un accrescimento supercritico: secondo il modello unificatore per ULX ed ULS, i secondi potrebbero essere semplicemente identici ai primi, ma anziché essere visti di taglio parte della loro emissione è coperta dal disco, la cui estremità che rivolge al corpo centrale si ispessisce sempre di più quando ci si avvicina al limite di Eddington.

Giulia Murtas

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