Scienza & Esplorazione
20/09/2024
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XRISM ha rivelato la struttura, il movimento e la temperatura del materiale attorno a un buco nero supermassiccio e in un resto di supernova con dettagli senza precedenti. Oggi, gli astronomi hanno presentato i primi risultati scientifici del nuovo telescopio a raggi X, meno di un anno dopo il lancio del telescopio.
Cosa hanno in comune un gigantesco buco nero e i resti di una stella massiccia esplosa? Entrambi sono fenomeni celesti drammatici in cui gas estremamente caldo produce luce a raggi X altamente energetica, visibile dalla Missione di Imaging e Spettroscopia a Raggi X (XRISM). Nei suoi primi risultati pubblicati, XRISM, una missione guidata dall’Agenzia Giapponese per l’Esplorazione Aerospaziale (JAXA) con la partecipazione dell’ESA, mostra le sue capacità uniche nel rivelare la velocità e la temperatura del gas incandescentemente caldo, chiamato plasma, e le strutture tridimensionali del materiale che circonda un buco nero e una stella esplosa. “Queste nuove osservazioni forniscono informazioni cruciali per comprendere come i buchi neri crescano catturando materia circostante e offrono una nuova prospettiva sulla vita e la morte di stelle massicce. Mettono in evidenza l’eccezionale capacità della missione di esplorare l’Universo ad alta energia”, afferma il progetto scientifico dell’ESA, Matteo Guainazzi.
Resti di supernova N132D
In una delle sue osservazioni di “prima luce”, XRISM si è concentrato su N132D, un resto di supernova situato nella Grande Nube di Magellano, a circa 160.000 anni luce dalla Terra. Questa ‘bolla’ interstellare di gas caldo è stata espulsa dall’esplosione di una stella molto massiccia circa 3000 anni fa. Utilizzando il suo strumento Resolve, XRISM ha scoperto nel dettaglio la struttura attorno a N132D. Contrariamente alle ipotesi precedenti di un semplice guscio sferico, gli scienziati hanno scoperto che il resto di N132D ha la forma di un ciambella. Usando l’effetto Doppler, hanno misurato la velocità (velocità) alla quale il plasma caldo nel resto si sta muovendo verso o lontano da noi, stabilendo che si sta espandendo a una velocità apparente di circa 1200 km/s.
Ferro rovente all’interno del resto di supernova N132D
Resolve ha anche rivelato che il resto contiene ferro con una temperatura straordinaria di 10 miliardi di gradi Kelvin. Gli atomi di ferro sono stati riscaldati durante l’esplosione della supernova attraverso onde d’urto violente che si propagano verso l’interno, un fenomeno previsto dalla teoria, ma mai osservato prima. I resti di supernova come N132D contengono indizi importanti su come le stelle evolvano e su come gli elementi (pesanti) essenziali per la nostra vita, come il ferro, vengano generati e dispersi nello spazio interstellare. Tuttavia, i precedenti osservatori a raggi X hanno sempre avuto difficoltà a rivelare come fosse distribuita la velocità e la temperatura del plasma.
Buco nero supermassiccio nella galassia NGC 4151
XRISM ha anche illuminato la misteriosa struttura che circonda un buco nero supermassiccio. Concentrandosi sulla galassia spirale NGC 4151, situata a 62 milioni di anni luce da noi, le osservazioni di XRISM offrono una vista senza precedenti del materiale molto vicino al buco nero centrale della galassia, che ha una massa 30 milioni di volte quella del Sole. XRISM ha catturato la distribuzione della materia che ruota e infine cade verso il buco nero su un ampio raggio, che va da 0,001 a 0,1 anni luce, ovvero da una distanza comparabile a quella tra Sole e Urano fino a 100 volte quella distanza.
Studio di XRISM sul buco nero supermassiccio nella galassia NGC 4151
Determinando i movimenti degli atomi di ferro dal loro segnale a raggi X, gli scienziati hanno tracciato una sequenza di strutture che circondano il gigantesco buco nero: dal disco che ‘nutre’ il buco nero fino al torus a forma di ciambella. Queste scoperte forniscono un pezzo fondamentale del puzzle per comprendere come i buchi neri crescano inglobando la materia circostante. Sebbene le osservazioni a radio e infrarossi abbiano rivelato la presenza di un torus a forma di ciambella attorno ai buchi neri in altre galassie, la tecnica spettroscopica di XRISM è il primo e attualmente unico modo per tracciare come il gas vicino al ‘mostro’ centrale sia modellato e si muova.
Guardando al Futuro: Osservazioni e Scoperte Future
Nell’ultimo mese, il team scientifico di XRISM ha lavorato diligentemente per stabilire le prestazioni degli strumenti e affinare i metodi di analisi dei dati osservando 60 obiettivi chiave. In parallelo, 104 nuovi set di osservazioni sono stati selezionati tra le oltre 300 proposte inviate da scienziati di tutto il mondo. XRISM condurrà osservazioni basate sulle proposte di successo nei prossimi anni; grazie alle sue prestazioni eccezionali in orbita, che superano anche le aspettative iniziali, si promettono molte altre emozionanti scoperte in arrivo.
Informazioni su XRISM
La Missione di Imaging e Spettroscopia a Raggi X (XRISM) è stata lanciata il 7 settembre 2023. Si tratta di una collaborazione tra l’Agenzia Giapponese per l’Esplorazione Aerospaziale (JAXA) e la NASA, con la significativa partecipazione dell’ESA. In cambio della fornitura di hardware e consulenza scientifica, all’ESA è stato riservato l’8% del tempo di osservazione disponibile di XRISM. Le osservazioni effettuate con XRISM completeranno quelle del telescopio a raggi X XMM-Newton dell’ESA e forniranno una base eccellente per le osservazioni pianificate con la futura missione di grande classe NewAthena dell’ESA. Quest’ultima è progettata per superare significativamente le prestazioni scientifiche degli attuali osservatori spettroscopici e di survey a raggi X.
Note per i redattori:
Questi risultati dalla collaborazione XRISM sono stati accettati per la pubblicazione nella Società Astronomica del Giappone e nell’Annali Astrofisici. I preprint sono disponibili qui https://arxiv.org/abs/2408.14300 e qui https://arxiv.org/abs/2408.14301.Rilascio originale sul sito web di XRISM.
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