Stelle che emettono Raggi X
L'astronomia classica si occupa della osservazione e dello studio del cielo nella banda visibile dello
spettro elettromagnetico (vedi Figura 1). In realtà il cosmo non emette solamente radiazione visibile, ma
anche in altre bande, come radio, X e gamma.
Al termine della sua evoluzione, quando la stella finisce il suo combustibile
nucleare implode (collassa) su se stessa. Quello che rimane è un oggetto
molto piccolo e denso (una stella di raggio qualche milione di Km diventa un
oggetto del raggio di circa 10 Km).
Fig. 1: Lo spettro elettromagnetico Tutti avranno usato una radio, ed
avranno notato come esistano diverse bande, chiamate onde lunghe,
medie, ecc. Muovendo la manopola della sintonia, spostiamo la frequenza
(e quindi la lunghezza d'onda) su cui ci sintonizziamo. Se avessimo una
macchina ideale che ci permettesse di continuare a sondare tutte le
lunghezze d'onda, potremmo scandagliare tutto lo spettro elettromagnetico,
passando attraverso le microonde, la luce visibile, fino ad arrivare ai raggi X
e gamma.
Quello che viene mostrato in figura è lo spettro elettromagnetico con la
denominazione delle bande in funzione della loro lunghezza d'onda in metri
(Wavelength in meters): Radio (radio nella figura); Microonde (Microwave);
Infrarosso (Infrared); Visibile (Visible); Ultravioletto (Ultraviolet); Raggi X (X–
ray); Raggi gamma (Gamma-ray).
L'atmosfera terrestre (fortunatamente per noi altrimenti non potremmo
vivere sulla Terra!), blocca la radiazione X e gamma proveniente dallo
spazio. Nella Figura 2 vediamo a quale altezza avviene questo blocco:
possiamo notare come sia la luce visibile che le onde radio arrivano fino a
Terra, ma per poter osservare la radiazione gamma emessa dai corpi
celesti dobbiamo salire fino ad almeno 25 Km di quota, mentre per quella X
bisogna spingersi oltre i 50 Km.
Fig. 2: Trasparenza dell’atmosfera
Quota sul livello del mare (Altitude) in
Km a cui una certa radiazione
elettromagnetica viene assorbita. I
raggi X vengono assorbiti a circa 50
Km di quota, mentre i raggi gamma
arrivano a circa 20 Km prima di essere
assorbiti. Questo ha permesso al
genere umano di sopravvivere alla
radiazione X e gamma che ha effetti
nocivi sull'uomo. Si noti come le onde
radio raggiungono la superficie
terrestre.
Per questo motivo i rivelatori di raggi X e gamma devono essere posizionati
o su palloni stratosferici o su satelliti artificiali che ruotano attorno alla terra
ad una altezza di circa 600 Km. Uno di questi satelliti è BeppoSAX, del
quale il gruppo di Astronomia X del nostro Istituto ha ideato e costruito lo
strumento di alta energia PDS.
I processi fisici che generano raggi X nelle sorgenti celesti sono di solito
associati ad eventi violenti, quali la morte di una stella. Ad esempio si
consideri un sistema composto da due stelle che orbitano una attorno
all'altra (nella stessa maniera in cui la Terra ruota attorno al Sole o la Luna
ruota attorno alla Terra). Questi sistemi, detti binari, sono molto comuni ed
anzi il caso del nostro Sole singolo è l'eccezione piuttosto che la regola.
Fig. 3: Rappresentazione artistica di
un sistema binario X
Questa è una
rappresentazione artistica di un sistema
binario in cui la forza di gravità della
stella compatta è tale da strappare
materia dalla stella compagna. Nella fase
di caduta di questa materia sulla stella si
ha emissione di raggi X.
Su questo oggetto è presente una forza di gravità eccezionale (qualcosa
che pesa 1 Kg sulla superficie della Terra peserebbe 200 mila milioni di Kg
sull'oggetto compatto!), tali da essere in grado di strappare materia dalla
stella compagna (vedi Figura 3). Nella fase di caduta di questa materia
sull'oggetto compatto si ha emissione di raggi X. Lo studio della radiazione
X da parte di questi sistemi binari, che vengono denominati sistemi binari
X, è una delle attività del gruppo di Astronomia X dello IASF.
Alcuni di questi oggetti compatti possiedono anche campi magnetici
intensissimi (un milione di milioni più intensi di quello terrestre!), cosicché
la materia viene convogliata sui poli magnetici (un pò come il polo nord e
sud sulla Terra). Esisteranno quindi due regioni di emissione X sull'oggetto
compatto, corrispondenti ai due poli magnetici.
Se l'asse attorno a cui ruota l'oggetto compatto non è allineato con l'asse
congiungente i due poli magnetici, questo farà sì che vedremo i poli
magnetici ruotare, e l'emissione X risulterà pulsata (il cosiddetto effetto
faro, vedi Figura 4).
Fig. 4: Emissione pulsata ed effetto faro
Rappresentazione
schematica su come si formi emissione pulsata nelle stelle che emettono
raggi X. L'oggetto compatto (in blu nel disegno) possiede un grandissimo
campo magnetico (un milione di milioni più intenso di quello terrestre!).
La materia che è stata strappata dalla stella compagna (in rosso) viene
incanalata sui poli magnetici, che diventano le zone di emissione dei
raggi X. Se l'asse attorno a cui ruota l'oggetto compatto non è allineato
con l'asse congiungente i due poli magnetici, per ogni rotazione della
stella osserveremo i due poli magnetici alternativamente. L'emissione ci
apparirà pulsata e l'oggetto verrà chiamato pulsatore (pulsar in inglese).
A destra viene mostrata la forma dell'impulso della pulsar OAO1657–415
al variare della energia così come è stata rivelata da BeppoSAX. Il suo
periodo di pulsazione è 38.2 secondi.
Per saperne di più:
R. Giacconi, W. Tucker, “L’Universo in Raggi X”, Oscar Saggi Mondadori, 2003 (ISBN 8804520104)
H. Gursky, E. van den Heuvel “Sorgenti di Raggi X in Sistemi Binari”, “le Scienze”, luglio 1975
Le Stelle nella Rete: http://www.lestelle.net
Mauro Orlandini IASF/Cnr Bologna ([email protected])
