Rappresentazione artistica del buco nero supermassiccio al centro della galassia NGC 4151, osservato dal telescopio spaziale giapponese XRISM. Credits: JAXA
Il 20 settembre 2024 sono stati presentati i primi risultati scientifici della missione XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), frutto di una collaborazione tra l’Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA) e la NASA con una forte partecipazione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA).
XRISM è stato lanciato il 6 settembre 2023, ed è un telescopio spaziale dedicato allo studio dell’Universo a raggi X. Già nel corso degli scorsi mesi, la collaborazione XRISM ha presentato alcuni risultati preliminari dalle prime osservazioni di test degli strumenti a bordo. Riguardavano oggetti che emettono raggi X, quindi radiazione ad alta energia, come alcuni resti di supernova.
Ora in due primi studi pubblicati in questi giorni, XRISM ha mostrato le sue capacità uniche di rilevare la struttura, il moto e la temperatura del plasma (gas caldo ionizzato) attorno a un buco nero supermassiccio e in un resto di supernova, con dettagli senza precedenti.
In una delle sue prime osservazioni, XRISM si è concentrato su N132D. Si tratta di un resto di supernova situato nella Grande Nube di Magellano, a circa 160mila 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 lo strumento Resolve, XRISM ha scoperto in dettaglio la struttura attorno a N132D. Contrariamente alle precedenti ipotesi, che parlavano di un semplice guscio sferico, gli scienziati hanno scoperto che il resto di N132D ha la forma di una ciambella. Utilizzando l’effetto Doppler, hanno misurato la velocità a cui il plasma caldo nel resto si sta muovendo verso o lontano da noi. Hanno così stabilito che si sta espandendo alla velocità apparente di circa 1200 km/s.
Resolve ha anche rivelato che il residuo contiene ferro che ha una temperatura straordinaria di 10 miliardi di gradi Kelvin. L’esplosione della supernova ha riscaldato gli atomi di ferro attraverso violente onde d’urto, che si sono diffuse verso l’interno. Un fenomeno che era stato previsto dalla teoria, ma mai osservato prima.
I resti di supernova come N132D contengono indizi importanti su come si evolvono le stelle. E su come gli elementi pesanti, essenziali per la nostra vita, come il ferro, vengono generati e distribuiti nello spazio interstellare.
XRISM ha anche gettato nuova luce sulla misteriosa struttura che circonda un buco nero supermassiccio. Le osservazioni si sono concentrate sulla galassia a spirale NGC 4151, a 62 milioni di anni luce da noi, offrendoci 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 nel buco nero su un ampio raggio, che va da 0.001 a 0.1 anni luce. Ovvero, da una distanza paragonabile a quella tra il Sole e Urano, fino a una distanza 100 volte maggiore.
Determinando i movimenti degli atomi di ferro dalla loro traccia nei raggi X, gli scienziati hanno mappato una sequenza di strutture che circondano il buco nero gigante: dal disco che alimenta il buco nero, fino al toro a forma di ciambella.
Altre osservazioni radio e infrarosse avevano già rivelato in passato la presenza di un toro a forma di ciambella attorno ai buchi neri in altre galassie, ma la tecnica spettroscopica di XRISM è il primo e attualmente l’unico modo per tracciare la forma e il movimento del gas vicino al buco nero centrale.
Negli ultimi mesi, il team scientifico XRISM ha eseguito diversi test per verificare le prestazioni degli strumenti e perfezionare i metodi di analisi dei dati, osservando 60 diversi oggetti.
Nel frattempo, sono stati selezionati 104 nuovi set di osservazioni tra le oltre 300 proposte di sottomissioni da parte di scienziati di tutto il mondo. XRISM condurrà queste osservazioni nel corso del prossimo anno.
E grazie alle sue eccezionali prestazioni in orbita, che hanno superato le aspettative iniziali, ciò promette molte altre entusiasmanti scoperte future.
I due studi di cui parla l’articolo sono reperibili qui:
– XRISM Spectroscopy of the Fe Kα Emission Line in the Seyfert AGN NGC 4151 Reveals the Disk, Broad Line Region, and Torus, XRISM Collaboration, The Astronomical Society of Japan, 2024
– The XRISM First Light Observation: Velocity Structure and Thermal Properties of the Supernova Remnant N132D, XRISM Collaboration, The Astrophysical Journal, 2024
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