Un team ceco di astrofisici dell'Accademia delle Scienze ha compiuto un importante passo avanti nella comprensione del comportamento dei buchi neri. Nell'ambito di una collaborazione internazionale, gli scienziati hanno pubblicato due studi che forniscono nuovi spunti sul comportamento dei sistemi binari di buchi neri a raggi X. Un buco nero di massa stellare in un sistema di questo tipo attira la massa dalla sua controparte stellare, formando un cosiddetto disco di accrescimento intorno ad esso. Ai poli del buco nero, la materia può quindi fuoriuscire dal sistema sotto forma di esplosioni ad alta energia.
Una nuova scoperta
L'esistenza del sistema binario a raggi X Swift J1727.8-1613 era sconosciuto fino all'agosto dello scorso anno. La macchia scura nel cielo ha iniziato a brillare in tutte le lunghezze d'onda e ha attirato l'attenzione degli astronomi di tutto il mondo, soprattutto nel campo dei raggi X, dove per diversi mesi l'oggetto è stato più luminoso di un'altra fonte nota di raggi X all'interno della nostra galassia, la Nebulosa del Granchio. I brillamenti improvvisi sono tipici dei sistemi stellari binari, ma raramente sono così luminosi e relativamente vicini.
Ecco perché tutti i principali osservatori di raggi X, tra cui l'osservatorio di IXPE, un progetto congiunto tra la NASA e l'Agenzia Spaziale Italiana. A bordo IXPE è un telescopio speciale che permette di misurare la polarizzazione dei raggi X. La polarizzazione determina la quantità di onde luminose che oscillano in una determinata direzione. Si sta rivelando uno strumento fondamentale per comprendere i processi che avvengono, ad esempio, in prossimità dei buchi neri, che hanno forti effetti gravitazionali sulla materia e sulla radiazione circostanti. La polarizzazione ci aiuta a chiarire la struttura della materia in prossimità di un buco nero.
Cambiamenti negli spettri accompagnati da cambiamenti nella polarizzazione dei raggi X
Il primo studio, guidato da Jiří Svoboda dell'Istituto di Astronomia dell'Accademia delle Scienze Ceca, si sono concentrati sui drastici cambiamenti nella polarizzazione dei raggi X osservati durante le diverse fasi del brillamento del sistema. Swift J1727.8-1613 dall'agosto 2023 al febbraio di quest'anno. "La nostra ricerca ha dimostrato che durante la transizione tra gli stati spettrali duri e morbidi dei raggi X si verificano anche cambiamenti significativi nella polarizzazione.Svoboda spiega: "Non è un problema di sicurezza.
La fase iniziale del brillamento è stata dominata dalla corona, che è la principale fonte di raggi X duri nel sistema. Nel successivo stato morbido, quando la radiazione osservata è meno energetica, un numero maggiore di fotoni a raggi X proviene direttamente dal disco di accrescimento. Gli astronomi hanno prima proposto nuove osservazioni, che hanno poi rivelato un drastico calo della polarizzazione. Il fatto che i cambiamenti nello spettro energetico, cioè il suo colore, siano accompagnati da cambiamenti nella polarizzazione conferma che la struttura del disco di accrescimento e della corona cambia significativamente durante questa fase. "È la polarizzazione che dimostra i cambiamenti geometrici nella distribuzione di massa dei buchi neri", sottolinea Svoboda.
Ripristino dello stato di polarizzazione: una scoperta sorprendente
Secondo studio dell'edificio Swift J1727.8-1613che è stato guidato da Jakub Podgorny sempre dell'Istituto di Astronomia del CAS, si è occupato del recupero della polarizzazione dei raggi X dopo la transizione dallo stato morbido a quello duro. Lo stato hard significa che la radiazione proveniente dalla sorgente lontana è molto più energetica. La binaria osservata è tornata a questo stato nell'aprile di quest'anno dopo diversi mesi, ma con una luminosità circa 100 volte superiore a quella del brillamento iniziale dell'agosto 2023".Per la prima volta abbiamo osservato la polarizzazione dei raggi X in un sistema binario in questa transizione.", afferma Podgorný, aggiungendo: "Troviamo che la polarizzazione è tornata ai valori osservati durante la fase iniziale dell'outburst per la stessa sorgente, il che significa che la geometria coronale non cambia in modo significativo per questo stato duro, anche se la luminosità dei raggi X diminuisce in modo significativo.."
Sebbene la diminuzione della luminosità dei raggi X fosse stata prevista, l'attuale recupero completo dello stato di polarizzazione era inaspettato. Questa è l'ultima osservazione di una sorgente con IXPE suggerisce che la struttura della corona e del disco è molto più stabile nei sistemi binari dopo il ritorno dallo stato morbido di quanto si pensasse in precedenza. Poiché la direzione dominante delle oscillazioni della luce in questo caso Swift J1727.8-1613 identica all'espulsione di massa osservata in precedenza, si può ipotizzare che il plasma caldo nella corona si stia nuovamente espandendo in direzione del piano del disco, in modo simile allo stato originale di alta luminosità dura.
L'importanza delle scoperte
Questi risultati rappresentano un significativo passo in avanti nella comprensione di come i buchi neri interagiscono con il materiale circostante e dimostrano che l'analisi della polarizzazione dei raggi X è uno strumento ideale per la comprensione del fenomeno.. "Ulteriori osservazioni con IXPE per più sorgenti sono necessarie per determinare completamente la configurazione in prossimità dei buchi neri nei sistemi binari. Il successo della prima campagna di osservazione di Swift J1727.8-1613 in diversi stati è quindi l'inizio di un nuovo capitolo.," conclude Michal Dovčiak dell'Istituto di Astronomia dell'Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca, che ha anche contribuito alle pubblicazioni ed è il leader del gruppo di lavoro. IXPEche si concentra specificamente sui buchi neri di massa stellare.
Gli studi sono stati pubblicati su riviste con revisione paritaria. Lettere della rivista Astrophysical a Astronomia e astrofisica e sono disponibili per ulteriori informazioni qui:
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad402e
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa50566-24/aa50566-24.html
Sul sito web della NASA: https://www.nasa.gov/missions/ixpe/nasas-ixpe-details-shapes-of-structures-at-newly-discovered-black-hole/
Istituto di astronomia del CAS/ gnews - RoZ
FOTO ILLUSTRATIVA - pixabay
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