La posizione della sorgente CDF-S XT1 nel campo Chandra Deep Field South e, in basso, una sequenza di riprese del telescopio spaziale Chandra nei raggi X della stessa sorgente che mostrano la sua variazione di luminosità, registrata nel corso di poche ore nell’ottobre del 2014. Crediti: X-ray: NASA/CXC/Pontifical Catholic University/F. Bauer et al.
Un enigmatico lampo di raggi X proveniente da una lontanissima regione dell’universo, a 10,7 miliardi di anni luce da noi, è stato scoperto da un team internazionale di ricercatori, tra cui alcuni dell’Istituto nazionale di astrofisica, grazie alle osservazioni del telescopio spaziale Chandra della Nasa. La sorgente è stata individuata in una porzione di cielo nota come Chandra Deep Field South (Cdf-S) nell’ottobre del 2014, quando la sua luminosità nei raggi X è improvvisamente aumentata di almeno mille volte, per poi scendere nell’arco di appena un giorno. Cosa possa aver prodotto quel potentissimo bagliore è ancora incerto, ma gli astronomi ritengono sia legato a un evento distruttivo, forse di un tipo mai osservato prima.
Le osservazioni combinate per migliaia di ore complessive dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer hanno permesso di risalire al luogo dove si è originato il lampo, ovvero una piccola e sperduta galassia a circa 10,7 miliardi di anni luce dalla Terra. Per qualche minuto, la sorgente di raggi X ha prodotto un’energia mille volte superiore a quella sprigionata da tutte le stelle presenti in quella galassia. «Fin dalla scoperta di questa sorgente, abbiamo concentrato i nostri sforzi per capire la sua origine», dice Franz Bauer della Pontificia Università Cattolica del Cile a Santiago del Cile, che ha guidato lo studio in pubblicazione sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «È come se fossimo davanti a un puzzle di cui non abbiamo tutti i pezzi».
Dei tre scenari maggiormente accreditati per spiegare quanto osservato, due coinvolgono i fenomeni noti come Lampi di raggi gamma (Gamma Ray Burst, Grb). I Grb sono esplosioni che producono getti collimati, innescate dal collasso di una stella massiccia giunta alla fine del suo ciclo evolutivo oppure dalla fusione di una stella di neutroni con un’altra stella di neutroni o con un buco nero. Se il getto punta verso la Terra, viene rilevata una emissione di raggi gamma. Via via che il getto si espande, perde energia e produce radiazione più debole e maggiormente diffusa nei raggi X e in altre lunghezze d’onda.
«Secondo i dati che abbiamo raccolto, potremmo avere osservato un GRB non esattamente puntato verso di noi, o un evento di distruzione mareale di una stella compatta da parte di un buco nero di massa intermedia. Nessuna delle ipotesi sul tavolo spiega perfettamente le osservazioni ma l’evento osservato è particolarmente eccezionale» sottolinea Andrea Comastri, direttore dell’Inaf-Osservatorio Astronomico di Bologna, tra i coautori dello studio.
La sorgente individuata nel campo CDF-S è probabilmente associata a un catastrofico evento celeste, come la distruzione completa di una stella di neutroni o una nana bianca, ed è circa 100mila volte più luminosa nella banda dei raggi X di altre emissioni di origine sconosciuta scoperte nello stesso intervallo di lunghezze d’onda, provenienti dalle galassie ellittiche Ngc 5128 e Ngc 4636. Inoltre, il segnale individuato da Chandra è associato a una galassia molto più piccola e più giovane delle altre ed è stato rilevato in un solo, intenso episodio durato appena qualche ora.
«Potremmo aver osservato un nuovo tipo di evento cataclismico finora sconosciuto. Indipendentemente da quella che può essere l’origine, la comprensione del fenomeno richiederà ulteriori sviluppi sia osservativi che teorici» aggiunge Comastri. Eventi simili potrebbero essere stati già rivelati e sarà necessaria un’analisi sistematica degli archivi di osservazioni X disponibili, come quelli delle missioni Xmm-Newton dell’Esa e Swift della Nasa. In futuro questi fenomeni potranno essere studiati in dettaglio dalla missione Athena dell’Esa, il cui lancio è previsto per il 2028. Se inoltre a produrre questo tipo di eventi ci fosse la fusione di due oggetti celesti compatti come due stelle di neutroni o una stella di neutroni e un buco nero con emissione di onde gravitazionali, queste potrebbero essere rilevate dagli interferometri terrestri oggi in funzione, come Ligo e Virgo.
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Per saperne di più:
- La scoperta verrà pubblicata nel numero di giugno 2017 della rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society nell’articolo A New, Faint Population of X-ray transient (qui è disponibile un’anteprima sul portale arxiv.org) di Franz E. Bauer (Istituto di Astrofisica, Pontificia Università Cattolica del Cile, Millennium Institute of Astrophysics, Cile, EMBIGGEN Anillo, Cile, Space Science Institute, Colorado) et al., cui partecipano vari scienziati italiani: Andrea Comastri e Roberto Gilli (INAF – Osservatorio Astronomico di Bologna), Maurizio Paolillo (Dipartimento di Fisica dell’Università Federico II di Napoli, associato INFN, Science Data Center dell’Agenzia Spaziale Italiana, Roma), Piero Ranalli (Lund Observatory, Dipartimento di Astronomia e Fisica Teorica dell’Università di Lund, Svezia, associato INAF), Paolo Tozzi (INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze), Cristian Vignali (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Alma Mater Studiorum, Università degli Studi di Bologna, associato INAF)