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Sco X-1, un laboratorio spaziale per la ricerca di onde gravitazionali

Quando Albert Einstein propose l’esistenza delle onde gravitazionali, previste dalla sua teoria della relatività generale, mise in moto una ricerca che continua ancora oggi dopo quasi un secolo. La presenza di distorsioni nel tessuto dello spaziotempo esercitano una forte motivazione tra i fisici poichè si ritiene che essere trasportino quella informazione che potrebbe fornirci preziosi indizi sulle fasi iniziali della storia cosmica. Nonostante ciò, la conferma indiscussa della loro esistenza sfugge ancora agli scienziati.

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Swift J1357.2, una strana ‘struttura’ nel disco di accrescimento attorno al buco nero

Un gruppo di ricercatori dell’Istituto di Astrofisica presso le Isole Canarie hanno trovato una chiara evidenza relativa alla presenza di una struttura nel disco di accrescimento di un buco nero che fa parte di un sistema binario che emette raggi-X. Questa struttura si presenta con un movimento a forma di onda e si dirige verso l’esterno.

Di solito, un sistema binario è costituito da due componenti, a volte si tratta di due stelle oppure, come nel caso di Swift J1357.2, le due componenti sono una stella e un buco nero, quest’ultimo il risultato dell’esplosione stellare. Nel secondo caso, il sistema stellare viene chiamato sistema binario a raggi-X perché il disco di accrescimento, costituito dal materiale stellare che è stato catturato dal buco nero, emette raggi-X. I ricercatori hanno trovato una struttura sulla parte esterna del disco di accrescimento che causa un abbassamento di luminosità del sistema binario, cosa che non può essere spiegata dall’orbita della stella compagna attorno al comune centro di massa e che viene descritta in appena 2,8 ore, il periodo più breve finora misurato. Un altro dato interessante è che la variazione di luminosità dura qualche volta pochi secondi. I ricercatori non sanno al momento che cosa sia questa struttura ma hanno trovato che essa non presenta variazioni periodiche il che indica che si trova distribuita lungo la verticale nascondendo così alla vista il buco nero. Inoltre, è stato osservato che la struttura si comporta come un’onda e si muove lungo il disco procedendo verso l’esterno e causando una rapida variazione di luminosità del sistema. Il fatto che questa struttura nasconda dalla linea di vista il buco nero è molto importante per lo studio di questi oggetti estremi e per verificare la loro reale esistenza. Infatti, dopo quasi cinquant’anni di studi e di osservazioni, ne sono stati confermati solo 18 nella Via Lattea appartenenti a questi sistemi binari e in nessuno di essi esiste un fenomeno di eclissi che blocchi l’emissione dei raggi-X. Gli scienziati hanno perciò ipotizzato che molti buchi neri non possono essere osservati a causa dell’angolo a cui essi si trovano rispetto alla linea di vista e, forse, questo potrebbe essere dovuto anche alla presenza di strutture simili a questa osservata nel disco di accrescimento di Swift J1357.2 che blocca, appunto, l’emissione dei raggi-X.

Representation of the X-ray binary Swift J1357.2-0933, consisting of a red (type M) star orbitting a black hole surrounded by an accretion disc. The upper panel helps to interpret the morphology of the system, although we are really viewing it edge on. The star completes an orbit about the black hole every 2.8 hours. In the edge-on view can be seen a raised structure (like a ‘donut’) in the accretion disc that produces eclipses of the light from the inner parts of the disc (those closest in to the black hole). This ‘donut’ orbits the black hole every few minutes repeatedly in more or less regular intervals, as can be seen in the graph (upper left). After a few days, the ‘donut’ expands and propagates like a wave in the accretion disc. The duration of the eclipses consequently lengthens since it is now farther away from the black hole, as can be seen in the upper right graph.
IAC: IAC researchers discovered the mysterious structure of a black hole seen edge on

arXiv: A Black Hole Nova Obscured by an Inner Disk Torus

Il ‘mistero astrofisico’ di M33 X-7

Illustrazione del sistema binario M33 X-7. L’immagine in basso a sinistra è stata ottenuta con l’osservatorio Chandra (in blu) e HST. Gli oggetti brillanti che si osservano nell’inserto sono stelle giovani e massicce attorno a M33 X-7 e la sorgente blu brillante è proprio il sistema binario.
Credit: Illustrazione: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: NASA/CXC/CfA/P.Plucinsky et al.; Ottico: NASA/STScI/SDSU/J.Orosz et al.

In una galassia vicina ad Andromeda, un buco nero sta orbitando attorno ad una stella massiccia lungo una orbita alquanto insolita. Il fatto peculiare è che la stella non è abbastanza brillante come dovrebbe essere. Gli astronomi stanno cercando di risolvere il mistero di M33 X-7, un sistema binario X scoperto nel 2007 nella galassia M33, che si trova poco distante da Andromeda, uno dei pochi oggetti che possono essere osservati ad occhio nudo.

I ricercatori hanno costruito un modello del sistema binario X per studiare la sua evoluzione, l’orbita descritta dal buco nero, le masse, la luminosità X associata al buco nero e capire come mai la luminosità della stella sia inferiore rispetto a quanto ci si aspetta data la sua massa. M33 X-7 è uno dei pochi sistemi binari X che possiede un buco nero al di fuori della nostra galassia e la sua stella è tra le più massicce che siano state scoperte in questo tipo di sistemi stellari. I nuovi dati indicherebbero che il buco nero, già estremamente massiccio, sta crescendo e diventando sempre più grande dato che accresce materia dalla stella compagna in seguito ai venti stellari. Il processo determina l’emissione di raggi-X permettendo agli astronomi di implicare la presenza di un buco nero.


Abstract: Formation of the black-hole binary M33 X-7 through mass exchange in a tight massive system