La missione NASA-ASI ha puntato i suoi strumenti su Hercules X-1, una stella di neutroni in accrescimento a 21000 anni luce da noi

28 Ottobre 2022

Lo scorso febbraio, la missione NASA-ASI Imaging X-ray Polarimeter Explorer (IXPE), ha osservato la sua prima stella di neutroni in accrescimento: Hercules X-1, distante oltre 21000 anni luce dalla Terra. Il nuovo studio, basato su queste osservazioni, ha sovvertito le ipotesi esistenti riguardanti i modelli di stelle di neutroni e dei processi interni che regolano questi oggetti estremamente potenti.

L’articolo pubblicato il 24 ottobre su Nature Astronomy è scritto da un team di ricercatori guidato da Victor Doroshenko dell’Università di Tubinga in Germania e Juri Poutanen dell’Università di Turku.

Lo studio rappresenta un importante passo in avanti verso la comprensione dei misteri riguardanti i fenomeni fisici che avvengono in questi relitti stellari compatti e rotanti, dette pulsar. Le stelle di neutroni in sistemi binari, quali Hercules X-1  sono i relitti di stelle massicce rimanenti dopo la fase di supernova. Questo catastrofico rilascio di energia le fa comprimere a livelli drastici, a volte fino a 15-20 km di diametro.

Questi oggetti diventano incredibilmente densi con una massa circa una volta e mezzo o due volte quella del Sole e un campo magnetico mille miliardi di volte più intenso di quello della Terra. Quando una di queste stelle di neutroni si trova in prossimità di una stella compagna la può spogliare dei suoi strati esterni di gas: la stella in questo caso è considerata in accrescimento: attrae flussi di energia e materia dalla compagna, trascinando il materiale lungo le proprie  linee di campo magnetico di cui si conoscono molto bene le intensità.

“Gli effetti che deduciamo dalla polarizzazione sono impossibili da vedere direttamente - ha affermato Brian Ramsey, Principal Investigator di IXPE presso il Marshall - IXPE ci consente di documentare il comportamento di questo mondo invisibile. Aumentando la comprensione nascono anche nuove domande. Come riportato nel nuovo articolo, l’analisi di Hercules X-1  ha rivelato alcuni fatti sorprendenti su questa stella. I ricercatori avevano previsto un grado di polarizzazione dal 60% all’80% dei raggi X emessi, ma i dati hanno rivelato solo l’8,6% durante il ciclo di rotazione della pulsar".

“Il sorprendente risultato ottenuto dall’osservazione di Her X-1 pone dei dubbi sul fatto che la sua emissione X sia dominata dal contributo della colonna di accrescimento. Nonostante la bassa polarizzazione misurata è stato possibile determinare per la prima volta l’angolo di polarizzazione lungo il periodo di rotazione della stella -  dichiara Fabio la Monaca dell’INAF/IAPS - questo è un risultato fondamentale che ha consentito di determinare l’angolo tra gli assi di rotazione e magnetico della stella di neutroni. Tale informazione è fondamentale per costruire i futuri modelli dimostrando quanto sia importante lo studio della polarizzazione in banda X, reso possibile da IXPE.”

IXPE aggiunge alle informazioni di altri osservatori a raggi X, tra cui Chandra della NASA, nuovi dati misurando la polarizzazione dei raggi X. La polarizzazione è una proprietà intrinseca della luce, presente a tutte le lunghezze d’onda, che consente di avere una mappa dettagliata dei campi elettrici e magnetici che sono tra loro interconnessi. I campi elettrico e magnetico della luce interagiscono producendo oscillazioni, o vibrazioni, orientate su un piano posto a 90 gradi rispetto al percorso della luce. Quando i campi elettrici vibrano all’unisono lungo una singola direzione, diciamo che la luce è polarizzata.

I ricercatori continueranno a studiare questa stella di neutroni, così come le altre, per capire se la bassa polarizzazione misurata in Hercules X-1 sia una proprietà tipica o insolita in questi sistemi.

IXPE rientra nel gruppo di missioni Small Explorer della NASA. La missione è una collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana, con partner e collaboratori scientifici di 13 paesi. L’unico strumento di IXPE e’ completamente progettato, realizzato e calibrato in Italia dall’ INAF e dall’INFN con il contributo industriale di OHB-Italia. Lo Space Science Data Center (SSDC) dell’ASI ha contribuito a gran parte del software per la riduzione dati di volo.

Credit immagine: X-ray (NASA/CXC/ESO/F.Vogt et al); Optical (ESO/VLT/MUSE & NASA/STScI)

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