M82X-2

NuSTAR identifica la prima pulsar ‘superluminosa’

Gli astronomi che lavorano con il Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA, guidati da Fiona Harrison del Caltech, hanno identificato un oggetto stellare incredibilmente brillante che emette l’energia di circa 10 milioni di soli. In precedenza, i ricercatori pensavano che si trattasse di un buco nero, essendo la sua radiazione estremamente potente, ma in realtà è una pulsar, cioè una stella di neutroni in rapida rotazione. Una scoperta decisamente inaspettata se si pensa che gli scienziati stavano andando alla ricerca di qualcosa d’altro che è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature.
L’immagine combinata della galassia M82, ottenuta con tre telescopi, mostra i raggi X (magenta) che sono emessi da una pulsar, la più luminosa mai osservata ad oggi. In blu è rappresentata l’emissione dei raggi X osservati da Chandra mentre in rosa si osserva una emissione maggiore energia rivelata da NUSTAR. L’oggetto in magenta è noto come sorgente di raggi X ultraluminosa, o ULX. NUSTAR ha identificato l’emissione nella banda dei raggi X ad impulsi proveniente da una di queste sorgenti di tipo ULX, chiamata M82 -X2. Credit: NASA/JPL-Caltech/SAO/NOAO

A questa pulsar si potrebbe dare il primo premio della categoria “oggetti molto strani”. Di solito, le pulsar hanno una massa compresa tra 1-2 volte la massa del Sole. L’oggetto in questione ha una massa che cade presumibilmente nello stesso intervallo ma splende circa 100 volte di più rispetto a quanto previsto dalla teoria sull’evoluzione stellare. Francamente, non è mai stata osservata una tale fenomenologia e i teorici non sanno al momento come spiegarla. All’inizio di quest’anno, gli astronomi a Londra avevano rilevato una supernova spettacolare, denominata SN2014J, un evento raro che avviene una volta in un secolo, in una galassia relativamente vicina nota come Messier 82 (M82) che si trova a circa 12 milioni di anni-luce. A causa della rarità di tale evento, i telescopi di tutto il mondo, ma anche quelli in orbita nello spazio, vennero puntati verso M82 per studiare in dettaglio le conseguenze dell’esplosione stellare. A parte la supernova, in M82 esistono tutta una serie di altre sorgenti denominate ultraluminous X-ray sources (ULXs). Ora, osservando attentamente queste sorgenti con NuSTAR, gli astronomi si accorsero che c’era qualcosa che pulsava, emettendo impulsi di luce. Fu una grande sorpresa perchè si pensava che le sorgenti superluminose visibili nella banda dei raggi-X avessero a che fare con i buchi neri. Tuttavia, i buchi neri non producono radiazione ad impulsi, mentre lo fanno le pulsar. Infatti, le stelle di neutroni sono una sorta di magneti giganti che emettono radiazione lungo i poli magnetici. Mentre ruotano, un osservatore esterno dotato di un telescopio a raggi-X, riceve potenti lampi di luce come nel caso di un faro in rotazione. La ragione per cui la maggior parte degli astronomi ritenevano che si trattasse di buchi neri era dovuta al fatto che queste sorgenti sono incredibilmente brillanti nella banda dei raggi-X. I buchi neri possono essere ovunque e la loro massa può andare da 10 a diversi miliardi di volte la massa del Sole, rendendo così la loro attrazione gravitazionale molto più intensa di quella di una pulsar. Quando la materia cade sul buco nero, l’energia potenziale gravitazionale si trasforma in calore emettendo raggi-X. Più grande è il buco nero e maggiore sarà l’energia emessa che rende perciò brillante l’oggetto. Dopo aver controllato ripetutamente i dati, i ricercatori misurarono degli impulsi ogni 1,37 secondi, concludendo che essi erano davvero lì. Il passo successivo fu poi quello di capire quale sorgente di raggi-X produceva gli impulsi di radiazione.

L’immagine, ripresa da Chandra, mostra l’emissione dei raggi-X (in blu) e la posizione della sorgente ULX denominata M82-X2. Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Toulouse/M.Bachetti et al, Optical: NOAO/AURA/NSF

Con l’aiuto del telescopio spaziale Chandra, sono state escluse almeno 25 diverse sorgenti e alla fine è stata identificata in M82-X2 la sorgente indiziata. Naturalmente, il lavoro non si è concluso con l’identificazione dell’oggetto perchè rimangono da chiarire una serie di interrogativi. Intanto, la luminosità è parecchie volte superiore al cosiddetto limite di Eddington, che impone un valore massimo alla luminosità che un oggetto di una data massa può raggiungere. Si tratta di una violazione importante di questo limite teorico che non è stata mai osservata, anche se si conoscono dei casi in cui il limite di Eddington viene superato di poco. Adesso che gli astronomi hanno scoperto che abbiamo a che fare con una pulsar ‘superluminosa’, è probabile che altre sorgenti ULX possano essere in realtà stelle di neutroni e non buchi neri. Ma forse si tratta di un caso isolato, un oggetto estremamente peculiare, oppure si può ipotizzare che tali pulsar non siano poi così rare. Chi lo sa, sicuramente saranno necessarie altre osservazioni per verificare se altre sorgenti di tipo ULX siano effettivamente pulsar. Insomma, quello che è certo è che questa scoperta permetterà di capire meglio una classe di sorgenti di raggi-X molto luminosi, conosciuta come ultraluminous X-ray sources (ULXs).

Caltech: NuSTAR Discovers Impossibly Bright Dead Star
NuSTAR: NASA's NuSTAR Telescope Discovers Shockingly Bright Dead Star
NuSTAR: NuSTAR Finds a Pulse in Cigar Galaxy
NuSTAR: Ultraluminous X-ray Sources in M82 Galaxy
Chandra: M82X-2: Suspected Black Hole Unmasked as Ultraluminous Pulsar
Nature: An ultraluminous X-ray source powered by an accreting neutron star

This animation shows a neutron star — the core of a star that exploded in a massive supernova. This particular neutron star is known as a pulsar because it sends out rotating beams of X-rays that sweep past Earth like lighthouse beacons. X-ray telescopes like NASA’s Nuclear Spectroscopic Telescope Array, or NuSTAR, pick up these beams, registering them as pulses of X-ray light. Credit: NASA/JPL-Caltech