Il Comportamento Unico dei Raggi X di RX J0440.9+4431

RX J0440.9+4431, conosciuta anche come LS V +44 17, è un tipo di sistema stellare che ha sia una stella di neutroni che una stella di tipo Be. Questo sistema è unico e ha un lungo periodo orbitale di 150 giorni. La stella di neutroni è un denso residuo di una stella massiccia, mentre la stella Be è molto più grande e più calda.

A dicembre 2022, è stata rilevata un'improvvisa esplosione di energia a raggi X da questo sistema, notata dall'osservatorio MAXI. Questa esplosione ha raggiunto il suo massimo all'inizio di gennaio 2023 e poi ha iniziato a declinare. Tuttavia, successivamente è tornata a brillare, con la luminosità a raggi X che ha superato 1 Crab, che è un'unità di misura per la luminosità a raggi X, durante questo secondo picco. Sono state condotte osservazioni utilizzando il satellite AstroSat dall'11 al 12 gennaio 2023, intorno al momento di questo brillamento. Lo scopo di queste osservazioni era rilevare le emissioni a raggi X nella gamma 3-80 keV utilizzando il rivelatore LAXPC di AstroSat. I risultati hanno rivelato un periodo di pulsazione di circa 208 secondi, indicando che la stella di neutroni stava emettendo più energia nella gamma a raggi X più morbida. Il comportamento delle emissioni a raggi X è stato analizzato utilizzando un modello specifico che includeva caratteristiche sia della stella di neutroni che del gas circostante.

#Tipi di binari a raggi X

I binari a raggi X (XRB) sono sistemi affascinanti nello spazio dove un oggetto compatto, come una stella di neutroni o un buco nero, interagisce con una stella normale. L'oggetto compatto attira materiale dalla sua stella compagna, creando raggi X mentre questo materiale cade nel forte campo gravitazionale.

Questi sistemi possono essere classificati in due tipi principali: binari a raggi X a bassa massa (LMXB) e binari a raggi X ad alta massa (HMXB). Negli LMXB, la stella compagna è meno massiccia della stella di neutroni o del buco nero. Negli HMXB, la compagna è più massiccia, tipicamente una stella gigante.

Tra gli HMXB, ci sono ulteriori classificazioni. Un tipo è il binario Be/X-ray (BeXB), dove la stella compagna è una stella Be, nota per la sua rapida rotazione e le uniche emissioni che produce. La presenza di una stella di neutroni è ciò che definisce un BeXB. Questi sistemi mostrano spesso esplosioni periodiche di energia a raggi X, che possono essere collegate alle condizioni mutevoli nell'area circostante della stella Be.

RX J0440.9+4431 è stata scoperta nel 1997 durante un'indagine ed è stata identificata come un BeXB. Mostra forti emissioni a raggi X e pulsazioni, confermando la sua identità come pulsar a raggi X. La stella compagna in questo sistema, classificata come stella Be, ha caratteristiche che influenzano il comportamento delle emissioni a raggi X.

#Comportamento a raggi X di RX J0440.9+4431

RX J0440.9+4431 ha mostrato un modello di esplosioni nel corso degli anni. Un'importante esplosione a raggi X è stata registrata il 29 dicembre 2022. Questo ha spinto a una campagna di monitoraggio multi-lunghezza d'onda che ha coinvolto vari osservatori spaziali. L'esplosione è aumentata significativamente, raggiungendo una luminosità di picco di 2 Crab solo poche settimane dopo. La fonte di questa esplosione è stata studiata utilizzando dati da AstroSat, che hanno contribuito a fornire informazioni sulle condizioni intorno alla stella di neutroni.

Le emissioni a raggi X di questa fonte non sono coerenti e variano in base alla quantità di materiale trasferito dalla stella Be. Durante i periodi di alta attività, come durante un'esplosione, la stella di neutroni interagisce con più materiale dalla sua stella compagna, risultando in un aumento della luminosità e delle emissioni a raggi X.

#Ruolo di AstroSat

AstroSat è il primo osservatorio spaziale multi-lunghezza d'onda dedicato dell'India. È stato lanciato nel 2015 e ha osservato vari oggetti astronomici da allora. Tra i suoi strumenti c'è il Large Area X-ray Proportional Counter (LAXPC), che è fondamentale per rilevare i raggi X su un'ampia gamma di energie. LAXPC utilizza gas per rilevare i raggi X e può misurare la loro intensità e energia con alta precisione.

Le recenti osservazioni di RX J0440.9+4431 sono state effettuate da questo strumento durante un momento cruciale in cui il sistema stava vivendo intense emissioni a raggi X. I dati di queste osservazioni sono stati analizzati per creare curve di luce che riflettono i cambiamenti di luminosità nel tempo.

#Riduzione e analisi dei dati

Il processo di analisi dei dati di AstroSat prevede diversi passaggi. Prima di tutto, i dati grezzi raccolti da LAXPC devono essere elaborati per filtrare il rumore e le interferenze di fondo. Questo viene fatto utilizzando software specializzati che convertono le letture grezze in dati utilizzabili. Le curve di luce risultanti mostrano come la luminosità della fonte cambia nel tempo.

L'analisi considera anche come l'intensità dei raggi X varia tra diverse gamme di energia. Questo aiuta gli scienziati a capire come i processi fisici attorno alla stella di neutroni e alla stella Be interagiscono.

Le curve di luce generate dai dati hanno mostrato forti fluttuazioni nell'intensità a raggi X, in particolare durante le esplosioni. Una caratteristica notevole dell'analisi è stata la scoperta di un periodo di pulsazione corrispondente alla rotazione della stella di neutroni, misurato attorno ai 208 secondi. Questo indica che la stella di neutroni sta ruotando in un modo molto regolare, strettamente legato al suo processo di accrescimento.

#Risultati delle osservazioni di AstroSat

I risultati delle osservazioni di AstroSat forniscono informazioni preziose sul sistema RX J0440.9+4431. Durante l'esplosione, le emissioni a raggi X sono state principalmente rilevate a livelli di energia più bassi, suggerendo un meccanismo legato all'accrescimento di un disco freddo. Questo significa che il materiale che cade sulla stella di neutroni non viene riscaldato a temperature estremamente elevate prima di raggiungere la stella.

Inoltre, lo studio non ha trovato segni di caratteristiche di assorbimento strette, come le linee di ciclotrone, che erano state notate in ricerche precedenti. Al contrario, i dati hanno indicato che un mix di modelli potrebbe descrivere accuratamente lo spettro a raggi X, comprendente assorbimento interstellare e radiazione sia dalla stella di neutroni che dal materiale circostante.

La presenza di una linea di ferro attorno ai 6.4 keV suggerisce interazione tra i raggi X ad alta energia e materia più fredda, probabilmente in uno stato neutro. Questo riflette le complessità dell'ambiente intorno a RX J0440.9+4431 durante l'esplosione.

#Conclusione

L'indagine di RX J0440.9+4431 da parte di AstroSat ha fatto luce sulle dinamiche all'interno di questo unico sistema binario Be/X-ray durante un'importante esplosione. Lo studio ha evidenziato una transizione da uno stato di attività più basso a uno stato più elevato, caratterizzato da un aumento delle emissioni a raggi X e cambiamenti nel comportamento. I risultati hanno anche indicato che la stella di neutroni sta rallentando gradualmente, come evidenziato dal periodo di pulsazione misurato più lungo rispetto a studi precedenti.

In generale, i dati prodotti durante questa ricerca contribuiscono alla nostra comprensione dei comportamenti intricati dei binari Be/X-ray e dei meccanismi che guidano le loro esplosioni. La collaborazione di più osservatori e le capacità di AstroSat si sono rivelate essenziali per svelare le complesse interazioni all'interno di questo sistema stellare.