Una enigmatica fonte di raggi-X scoperta durante un progetto di ricerca dati rivolto agli studenti delle scuole superiori, mostra vie inesplorate nascoste nel vasto archivio dell’Osservatorio a raggi-X dell’ESA, XMM-Newton.
Quando XMM-Newton fu lanciato, nel 1999, la maggior parte degli studenti che stanno completando oggi le scuole superiori non erano neanche nati. Tuttavia, il quasi ventenne Osservatorio a raggi-X dell’ESA riserva molte sorprese che devono essere esplorate dalla nuova generazione di scienziati.
Un assaggio delle nuove scoperte è stato svelato in una recente collaborazione tra scienziati dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Milano ed un gruppo di studenti di una scuola superiore della vicina città di Saronno.
La fruttuosa interazione è stata parte del progetto denominato Exploring the X-ray Transient and variable Sky, o EXTras, uno studio di ricerca internazionale sulle sorgenti variabili ricavate dai primi 15 anni di osservazioni di XMM-Newton.
“Recentemente abbiamo pubblicato il catalogo EXTraS, che comprende tutte le sorgenti a raggi-X – circa mezzo milione – la cui luminosità varia nel tempo, come osservato da XXM-Newton, ed elenca diversi parametri osservati per ciascuna sorgente” dice Andrea De Luca, uno degli scienziati che hanno coordinato il progetto studentesco.
“Il passo successivo è stato scavare in questo vasto set di dati e trovare fonti potenzialmente interessanti, ed abbiamo pensato che potesse essere una sfida entusiasmante per uno stage studentesco”.
Gli scienziati all’INAF di Milano da alcuni anni collaborano con le scuole locali, ospitando diversi gruppi di studenti presso l’Istituto per un paio di settimane ed inserendoli nelle attività dei vari gruppi di ricerca.
“Per questo progetto in particolare, gli studenti hanno ricevuto un’introduzione all’astronomia ed alle fonti esotiche che studiamo con i telescopi a raggi-X, ed anche delle lezioni sulla banca dati e come utilizzarla”, spiega Ruben Salvaterra, un altro scienziato coinvolto nel programma.
“Una volta pronti per esplorare l’archivio dei dati, si sono dimostrati molto efficaci e pieni di risorse”.
I sei studenti hanno analizzato circa 200 fonti di raggi-X, osservando la loro curva di luce – un grafico che mostra la variabilità dell’oggetto nel tempo – e controllando la letteratura scientifica per verificare se fossero già stati oggetto di studio.
Alla fine, hanno identificato una manciata di sorgenti che mostravano proprietà interessanti – un potente bagliore per esempio – che non erano state precedentemente riportate in altri studi.
“Una delle sorgenti si è rivelata particolarmente interessante” afferma Andrea.
Caratterizzata dal bagliore più breve di tutti gli oggetti analizzati, questa fonte sembra trovarsi nell’ammasso globulare NGC 6540 – un denso raggruppamento di stelle – e non era mai stata studiata prima.
Dopo aver presentato le loro scoperte agli scienziati nel corso di un seminario, gli studenti sono tornati a scuola. Ma il lavoro per Andrea, Ruben e collaboratori era appena cominciato.
Gli Studenti
“La fonte identificata dagli studenti mostra cambiamenti nella luminosità come nessun altro oggetto conosciuto, quindi abbiamo iniziato a studiarla più in dettaglio” ha detto Ruben.
Una fonte di raggi-X altrimenti di bassa luminosità, XMM-Newton l’ha vista illuminarsi fino a 50 volte il suo normale livello nel 2005, e rapidamente riabbassarsi di nuovo dopo circa cinque minuti.
Stelle come il nostro sole brillano moderatamente ai raggi-X, ed occasionalmente producono dei bagliori che aumentano la loro luminosità come quello osservato in questa fonte. Tuttavia, tali eventi normalmente durano molto più a lungo – fino ad alcune ore o addirittura giorni.
D’altro canto, brevi bagliori sono stati osservati in sistemi di stelle binarie che ospitano un residuo stellare denso come può essere una stella di neutroni, ma queste fuoriuscite di raggi-X sono caratterizzate da una luminosità molto più elevata.
“Questo evento mette alla prova la nostra conoscenza dei bagliori a raggi-X: troppo breve per essere un normale brillamento stellare, ma troppo debole per essere collegato ad un oggetto compatto” spiega il collaboratore Sandro Mereghetti, autore principale del documento che presenta i risultati.
Un’altra possibilità è che la fonte sia un cosiddetto binario cromosfericamente attivo, un sistema doppio di stelle con intensa attività a raggi-X causata dai processi nella loro cromosfera, uno strato intermedio nell’atmosfera di una stella. Ma anche in questo caso, non corrisponde strettamente alle proprietà di alcun oggetto conosciuto di questa classe.
Gli scienziati sospettano che questa particolare fonte non sia unica, e che altri oggetti con simili proprietà si nascondano nell’archivio dati di XMM-Newton ma non siano ancora stati identificati per via della combinazione di bassa luminosità e breve durata del brillamento.
“Lo studio sistematico della variabilità che ha portato alla stesura del catalogo EXTraS, insieme a questo primo tentativo di ricerca nei dati, suggerisce che abbiamo aperto una nuova strada inesplorata nell’universo dei raggi-X” aggiunge Sandro.
Il team progetta di studiare la fonte appena identificata in maggior dettaglio per meglio comprendere la sua natura, cercando contemporaneamente altri oggetti simili nell’archivio.
“È entusiasmante trovare gioielli nascosti, come questa fonte, nell’archivio di XMM-Newton, e che giovani studenti ci stiano aiutando a trovarli mentre imparano e si divertono” conclude Norbert Schartel, scienziato di progetto di XMM-Newton all’ESA.
Note per i redattori
“EXTraS discovery of a peculiar flaring X-ray source in the Galactic globular cluster NGC 6540” di S. Mereghetti et al. 2018 è pubblicato in Astronomy & Astrophysics, DOI: 10.1051/0004-6361/201833086.
Gli studenti coinvolti nel progetto sono Razvan Patrolea, Lorenzo Apollonio, Elena Pecchini, Cinzia Torrente, Bartolomeo Bottazzi-Baldi e Martino Giobbio del Liceo scientifico G.B. Grassi di Saronno, Italia. Hanno scoperto questa particolare fonte durante uno stage di due settimane presso l’INAF di Milano, a settembre 2017, nell’ambito di un’iniziativa supportata dal Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca.
La scoperta è stata fatta come risultato del progetto EXTraS (Exploring the X-ray Transient and variable Sky), un progetto EU/FP7 dedicato ad uno studio sistematico della variabilità delle sorgenti di raggi X nell’archivio pubblico di XMM-Newton.
Per maggiori informazioni contattare:
Andrea De Luca
INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
Milano, Italy
INFN, Pavia, Italy
Email: andrea.deluca@inaf.it
Ruben Salvaterra
INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
Milano, Italy
Email: ruben.salvaterra@inaf.it
Sandro Mereghetti
INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
Milano, Italy
Email: sandro.mereghetti@inaf.it
Norbert Schartel
XMM-Newton Project Scientist
European Space Agency
Email: norbert.schartel@esa.it
Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
Fonte Esa Italia