Uno strano oggetto ultraluminoso sfida una legge della fisica

A miliardi di anni luce dalla Terra, una strana sorgente di raggi X ultraluminosa brilla milioni di volte più luminosa del sole, infrangendo una legge fisica chiamata limite di Eddington. Come spiegare questo fenomeno?

Il limite di Eddington

Le sorgenti di raggi X ultraluminosi (ULX) sono oggetti che emettono livelli estremamente elevati di raggi X. Questi oggetti hanno sconcertato gli astrofisici per anni. E per una buona ragione, producono approssimativamente dieci milioni di volte più energia di quella del Sole, al punto da sembrare superare un limite fisico chiamato l Limite di Eddington.

Prende il nome dall’astrofisico Sir Arthur Eddington, è una misura teorica di tasso massimo di accrescimento della materia per un oggetto celeste compatto. È determinata da un equilibrio tra due forze opposte: l’ forza gravitazionaleche attira la materia verso l’oggetto compatto, e pressione di radiazione che respinge la materia.

La pressione di radiazione è generata dalla luce e da altre forme di radiazione emessa dal disco di accrescimento che circonda l’oggetto compatto. Quando la materia cade sull’oggetto, si riscalda ed emette radiazioni. Se il tasso di accrescimento è troppo elevato, la pressione della radiazione diventa sufficientemente forte da contrastare la forza gravitazionale e impedire alla materia di cadere sull’oggetto. A questo punto il tasso di accrescimento raggiunge il limite di Eddington.

Ciò che interroga i ricercatori è che questi famosi ULX superare regolarmente questo limite da 100 a 500 volte.

Detto questo, i ricercatori della NASA hanno esaminato uno di questi oggetti nel tentativo di saperne di più. Per fare ciò, hanno utilizzato la serie di telescopi nucleari spettroscopici NuSTAR. Quest’opera, pubblicata nel Il giornale astrofisicohanno confermato che questo particolare ULX ha chiamato M82 X-2situato a circa nove miliardi di anni luce, era decisamente troppo luminoso. In altre parole, egli effettivamente sfida il limite di Eddington.

Una stella di neutroni

Si ritiene che la maggior parte dell’ULX sia il risultato dell’accrescimento della materia buchi neri di massa intermedia. In questi sistemi binari, una stella compagna perde materiale che viene poi attratto dal buco nero, creando attorno a sé un disco di accrescimento. Un’altra possibilità è che gli ULX siano sistemi binari composti da a stella di neutroni e una stella compagna. Questa è l’idea preferita qui.

Come i buchi neri, le stelle di neutroni si formano quando una stella massiccia muore e collassa su se stessa, concentrando diverse masse solari in un’area non molto più grande di una città di medie dimensioni. Questa incredibile densità crea a intensa attrazione gravitazionale sulla superficie della stella. Nel caso di un sistema binario (con due oggetti), questi resti stellari sottraggono materia alla stella compagna. I gas e altri materiali spinti da questa gravità accelerano fino a milioni di chilometri all’ora, rilasciando un’energia incredibile quando colpiscono la superficie della stella di neutroni. Questo fenomeno produce quindi luce a raggi X ad alta energia rilevabile dalla Terra.

Come parte di questo lavoro, i ricercatori hanno determinato che l’M82 X-2 ha volato approssimativamente nove miliardi di miliardi di tonnellate di materiale all’anno verso una stella vicina. Per comprendere meglio il fenomeno, ricordiamo che questo equivale a 1,5 Terre. Conoscendo la quantità di materia che colpisce la superficie della stella di neutroni, i ricercatori sono poi riusciti a stimare la luminosità di questo oggetto.

Ma allora come spiegare il superamento del limite di Eddington? L’ipotesi qui sostenuta lo suggerisce forti campi magnetici distorcere gli atomi della materia approssimativamente sferica inghiottita in forme allungate e filamentose. Ciò ridurrebbe la capacità dei fotoni di respingere gli atomi, aumentando in definitiva la massima luminosità possibile di un oggetto.

In conclusione, le sorgenti di raggi X ultraluminosi (ULX) come M82 X-2 mettono alla prova la nostra attuale comprensione dei limiti astrofisici, in particolare il limite di Eddington. Questi oggetti celesti, emettendo livelli di raggi X ben oltre quanto consentito da questo limite teorico, rappresentano una sfida affascinante per gli astrofisici. Studi recenti con il telescopio NuSTAR hanno confermato che alcuni ULX, come M82 X-2, emettono una luminosità che sfida le aspettative, rivelando la complessità e i misteri del nostro universo.

Le ipotesi attuali, supportate dalle osservazioni, suggeriscono che potenti campi magnetici potrebbero svolgere un ruolo chiave nella distorsione degli atomi della materia, consentendo a questi oggetti di brillare molto più intensamente di quanto si ritenesse possibile in precedenza. Queste scoperte non solo mettono alla prova i nostri modelli esistenti, ma aprono anche nuove strade di ricerca per comprendere meglio i meccanismi di accrescimento e le condizioni estreme attorno alle stelle di neutroni e ai buchi neri.

Pertanto, lo studio continuo delle ULX e del loro comportamento continua ad arricchire la nostra comprensione della fisica degli oggetti compatti e dei fenomeni estremi nell’universo, evidenziando l’importanza dell’osservazione e dell’innovazione tecnologica in astronomia.