Scoperto un buco nero più vicino alla Terra rispetto a molti altri: l’IXPE della NASA ne descrive le forme delle strutture

Il telescopio IXPE ( Imaging X-ray Polarimetry Explorer) della NASA ha aiutato gli astronomi a comprendere meglio le forme delle strutture essenziali di un buco nero, in particolare il disco di materiale che gli ruota attorno e la regione di plasma in movimento chiamata corona. Il buco nero di massa stellare, parte del sistema binario Swift J1727.8-1613, è stato scoperto nell’estate del 2023 durante un insolito evento di luminosità che lo ha fatto brillare per un breve periodo su quasi tutte le altre sorgenti di raggi X. È il primo del suo genere ad essere osservato da IXPE mentre attraversa l’ inizioil picco e la conclusione di un’esplosione di raggi X come questa. Swift J1727 è oggetto di una serie di nuovi studi pubblicati su The Astrophysical Journal e Astronomy & Astrophysics. Gli scienziati affermano che i risultati forniscono una nuova visione del comportamento e dell’evoluzione dei sistemi binari a raggi X dei buchi neri:

Questa illustrazione mostra la sonda spaziale Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) della NASA, in basso a sinistra, che osserva da lontano il sistema binario Swift J1727.8-1613 appena scoperto. Al centro c’è un buco nero circondato da un disco di accrescimento, mostrato in giallo e arancione, e da una corona calda e mobile, mostrata in blu. Il buco nero sta aspirando gas dalla sua stella compagna, visibile dietro il buco nero come una sfera rossa. Getti di particelle surriscaldate e in rapido movimento fuoriescono da entrambi i poli del buco nero. Credito: Marie Novotná

«Questo scoppio si è evoluto in modo incredibilmente rapido», ha affermato l’astrofisica Alexandra Veledina, ricercatrice permanente presso l’Università di Turku, Finlandia. “Dalla nostra prima rilevazione dello scoppio, Swift J1727 ha impiegato solo pochi giorni per raggiungere il picco. A quel punto, IXPE e numerosi altri telescopi e strumenti stavano già raccogliendo dati. È stato esaltante osservare lo scoppio per tutto il suo ritorno all’inattività». Fino alla fine del 2023, Swift J1727 è rimasta brevemente più luminosa della Nebulosa del Granchio, la “candela” standard a raggi X utilizzata per fornire una linea di base per le unità di luminosità dei raggi X. Tali esplosioni non sono insolite tra i sistemi stellari binari, ma raramente si verificano così intensamente e così vicino a casa, a soli 8.800 anni luce dalla Terra. Il sistema binario è stato chiamato così in onore della Swift Gamma-ray Burst Mission che inizialmente ha rilevato l’esplosione con il suo Burst Alert Telescope il 24 agosto 2023, con conseguente scoperta del buco nero.

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I sistemi binari a raggi X includono in genere due stelle molto vicine in fasi diverse del loro ciclo di vita. Quando la stella più anziana esaurisce il carburante, esplode in una supernova, lasciandosi dietro una stella di neutroni , una nana bianca o un buco nero . Nel caso di Swift J1727, la potente gravità del buco nero risultante ha strappato materiale alla sua stella compagna, riscaldando il materiale a più di 1,8 milioni di gradi Fahrenheit e producendo una vasta effusione di raggi X. Questa materia ha formato un disco di accrescimento e può includere una corona surriscaldata . Ai poli del buco nero, la materia può anche fuoriuscire dal sistema binario sotto forma di getti relativistici. L’IXPE, che ha aiutato la NASA e i ricercatori a studiare tutti questi fenomeni, è specializzato nella polarizzazione dei raggi X , la caratteristica della luce che aiuta a mappare la forma e la struttura di queste potentissime fonti di energia, illuminandone il funzionamento interno anche quando sono troppo distanti perché possiamo vederle direttamente.

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«Poiché la luce stessa non può sfuggire alla loro gravità, non possiamo vedere i buchi neri. Possiamo solo osservare cosa accade attorno a loro e trarre conclusioni sui meccanismi e sui processi che vi si verificano. IXPE è fondamentale per questo lavoro». – (Alessandra Veledina Astrofisico della NASA)

«Poiché la luce stessa non può sfuggire alla loro gravità, non possiamo vedere i buchi neri», ha detto Veledina. “Possiamo solo osservare cosa sta succedendo intorno a loro e trarre conclusioni sui meccanismi e sui processi che si verificano lì. IXPE è fondamentale per questo lavoro”. Due degli studi basati su IXPE su Swift J1727, guidati da Veledina e Adam Ingram, un ricercatore della Newcastle University di Newcastle-upon-Tyne, Inghilterra, si sono concentrati sulle prime fasi dell’esplosione. Durante il breve periodo di mesi in cui la sorgente è diventata eccezionalmente luminosa, la corona è stata la principale fonte di radiazione a raggi X osservata.

«IXPE ha documentato la polarizzazione della radiazione di raggi X che viaggia lungo la direzione stimata del getto del buco nero, quindi il plasma caldo si estende nel piano del disco di accrescimento», ha detto Veledina. «Risultati simili sono stati riportati nel binario persistente del buco nero Cygnus X-1 , quindi questa scoperta aiuta a verificare che la geometria è la stessa tra i sistemi eruttivi di breve durata». Il team ha inoltre monitorato come i valori di polarizzazione cambiavano durante l’esplosione di picco di Swift J1727. Tali conclusioni corrispondevano ai risultati ottenuti simultaneamente durante gli studi di altre bande di energia della radiazione elettromagnetica. Un terzo e un quarto studio, condotti dai ricercatori Jiří Svoboda e Jakub Podgorný, entrambi della Czech Academy of Sciences di Praga, si sono concentrati sulla polarizzazione dei raggi X nella seconda parte dell’esplosione di Swift J1727 e sul suo ritorno a uno stato altamente energetico diversi mesi dopo. Per i precedenti sforzi di Podgorný nell’uso di dati IXPE e simulazioni di buchi neri, gli è stato recentemente conferito il premio nazionale più importante della Repubblica Ceca per una tesi di dottorato in scienze naturali. I dati di polarizzazione hanno indicato che la geometria della corona non è cambiata in modo significativo tra l’inizio e la fine dell’esplosione, nonostante nel frattempo il sistema si sia evoluto e la luminosità dei raggi X sia diminuita drasticamente nello stato energetico successivo. I risultati rappresentano un significativo passo avanti nella nostra comprensione delle forme e delle strutture mutevoli del disco di accrescimento, della corona e delle strutture correlate nei buchi neri in generale. Lo studio dimostra anche il valore di IXPE come strumento per determinare come tutti questi elementi del sistema siano collegati, nonché il suo potenziale di collaborare con altri osservatori per monitorare cambiamenti improvvisi e drammatici nel cosmo .

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“Sono necessarie ulteriori osservazioni della materia vicino ai buchi neri nei sistemi binari, ma la prima campagna di osservazione di successo di Swift J1727.8–1613 in diversi stati è il miglior inizio di un nuovo capitolo che potessimo immaginare”, ha affermato Michal Dovčiak, coautore della serie di articoli e leader del gruppo di lavoro IXPE sui buchi neri di massa stellare, che conduce anche ricerche presso l’Accademia ceca delle scienze.

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Maggiori informazioni su IXPE

IXPE, che continua a fornire dati senza precedenti che consentono scoperte rivoluzionarie sugli oggetti celesti in tutto l’universo, è una missione congiunta della NASA e dell’Agenzia Spaziale Italiana con partner e collaboratori scientifici in 12 paesi. IXPE è guidata dal Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama. Ball Aerospace, con sede a Broomfield, Colorado, gestisce le operazioni dei veicoli spaziali insieme al Laboratory for Atmospheric and Space Physics dell’Università del Colorado a Boulder.

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Per saperne di più sulla missione in corso di IXPE, clicca qui:

https://www.nasa.gov/ixpe

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Fonte: https://www.nasa.gov/science-research/astrophysics/nasas-ixpe-details-shapes-of-structures-at-newly-discovered-black-hole/

#astronomia #nasa #scienza #buconero

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