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Jul 01, 2023

NuSTAR della NASA fa scoperte illuminanti con la luce "fastidiosa".

This illustration shows NASA’s NuSTAR X-ray telescope in space. Two bulky

Questa illustrazione mostra il telescopio a raggi X NuSTAR della NASA nello spazio. Due componenti ingombranti sono separati da una struttura di 10 metri chiamata albero dispiegabile o boma. La luce viene raccolta a un'estremità del braccio e focalizzata lungo la sua lunghezza prima di colpire i rilevatori all'altra estremità.

Una stranezza progettuale dell’osservatorio a raggi X ha reso possibile agli astronomi di utilizzare la luce precedentemente indesiderata per studiare un numero ancora maggiore di oggetti cosmici rispetto a prima.

Per quasi 10 anni, l’osservatorio spaziale a raggi X NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) della NASA ha studiato alcuni degli oggetti a più alta energia nell’universo, come stelle morte in collisione ed enormi buchi neri che si nutrono di gas caldo. Durante questo periodo, gli scienziati hanno dovuto fare i conti con la luce diffusa che filtra dai lati dell'osservatorio, che può interferire con le osservazioni proprio come il rumore esterno può soffocare una telefonata.

Ma ora i membri del team hanno capito come utilizzare la luce diffusa dei raggi X per conoscere gli oggetti nella visione periferica di NuSTAR eseguendo allo stesso tempo normali osservazioni mirate. Questo sviluppo ha il potenziale per moltiplicare le conoscenze fornite da NuSTAR. Un nuovo articolo scientifico pubblicato sull'Astrophysical Journal descrive il primo utilizzo delle osservazioni della luce diffusa di NuSTAR per conoscere un oggetto cosmico, in questo caso una stella di neutroni.

Pepite di materiale rimaste dopo il collasso di una stella, le stelle di neutroni sono alcuni degli oggetti più densi dell'universo, seconde solo ai buchi neri. I loro potenti campi magnetici intrappolano le particelle di gas e le incanalano verso la superficie della stella di neutroni. Quando le particelle vengono accelerate ed energizzate, rilasciano raggi X ad alta energia che NuSTAR può rilevare.

Il nuovo studio descrive un sistema chiamato SMC X-1, che consiste in una stella di neutroni in orbita attorno a una stella vivente in una delle due piccole galassie in orbita attorno alla Via Lattea (la galassia natale della Terra). La luminosità dell'emissione di raggi X di SMC X-1 sembra variare notevolmente se osservata dai telescopi, ma decenni di osservazioni dirette da parte di NuSTAR e altri telescopi hanno rivelato uno schema delle fluttuazioni. Gli scienziati hanno individuato diversi motivi per cui SMC X-1 cambia luminosità quando viene studiato dai telescopi a raggi X. Ad esempio, la luminosità dei raggi X diminuisce man mano che la stella di neutroni si sposta dietro la stella vivente ad ogni orbita. Secondo lo studio, i dati sulla luce diffusa erano sufficientemente sensibili da rilevare alcuni di questi cambiamenti ben documentati.

"Penso che questo articolo dimostri che questo approccio con la luce diffusa è affidabile, perché abbiamo osservato fluttuazioni di luminosità nella stella di neutroni in SMC X-1 che abbiamo già confermato attraverso osservazioni dirette", ha affermato McKinley Brumback, astrofisico del Caltech di Pasadena, in California. e autore principale del nuovo studio. "Andando avanti, sarebbe fantastico se potessimo utilizzare i dati sulla luce diffusa per osservare gli oggetti quando non sappiamo già se cambiano regolarmente in luminosità e potenzialmente utilizzare questo approccio per rilevare i cambiamenti."

Forma e funzione

Il nuovo approccio è possibile grazie alla forma di NuSTAR, che è simile a un manubrio o a un osso di cane: ha due componenti ingombranti alle due estremità di una struttura stretta, lunga 33 piedi (10 metri) chiamata albero dispiegabile, o boom. In genere, i ricercatori puntano una delle estremità ingombranti – che contiene l’ottica o l’hardware che raccoglie i raggi X – verso l’oggetto che vogliono studiare. La luce viaggia lungo il braccio fino ai rilevatori, situati all'altra estremità della navicella. La distanza tra i due è necessaria per focalizzare la luce.

Ma la luce diffusa raggiunge i rilevatori anche entrando dai lati della barriera, bypassando l'ottica. Appare nel campo visivo di NuSTAR insieme alla luce proveniente da qualunque oggetto osservato direttamente dal telescopio, ed è spesso abbastanza facile da identificare a occhio: forma un cerchio di debole luce che emerge dai lati dell'immagine. (Non sorprende che la luce diffusa sia un problema per molti altri telescopi spaziali e terrestri.)

Un gruppo di membri del team NuSTAR ha trascorso gli ultimi anni separando la luce diffusa da varie osservazioni NuSTAR. Dopo aver identificato sorgenti di raggi X luminose e note alla periferia di ciascuna osservazione, hanno utilizzato modelli computerizzati per prevedere quanta luce diffusa dovrebbe apparire in base all’oggetto luminoso che si trovava nelle vicinanze. Hanno anche esaminato quasi tutte le osservazioni NuSTAR per confermare il segno rivelatore della luce diffusa. Il team ha creato un catalogo di circa 80 oggetti per i quali NuSTAR aveva raccolto osservazioni di luce diffusa, nominando la raccolta "StrayCats".