Un pulsar superdens capturează vântul stelar al unei hipergigante albastre
Astronomii au observat direct, pentru prima dată, cum fluxul de plasmă emanat de o stea gigantică este capturat de companionul său compact, alimentând eruțiuni puternice de raze X. Observațiile au fost realizate cu ajutorul observatorului XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), condus de Japonia, iar rezultatele au fost publicate în revista Science Advances.
Sistemul studiat este BP Crucis, o binară cu raze X de mare masă situată la aproximativ 13.000 de ani-lumină distanță, în constelația sudică Crux. Steaua principală, cunoscută sub numele de Wray 977, este o hipergigantă albastră cu o masă de circa 40 de ori mai mare decât cea a Soarelui și de 60 de ori mai mare ca dimensiune. Fiind atât de mare, fierbinte și luminoasă, un gaz ionizat se scurge constant din ea — un fenomen numit vânt stelar.
Companionul gigantei este o stea neutronică minusculă, dar extrem de densă, numită GX 301-2. Este nucleul prăbușit al unei stele care a explodat demult ca supernovă și concentrează mai mult decât masa Soarelui într-o sferă de aproximativ 20 de kilometri diametru. Rotindu-se la fiecare 11 minute, emite un fascicul de raze X spre Pământ, ceea ce îl face un pulsar.
De două ori în timpul orbitei sale de 41,5 zile — aproape de punctul cel mai apropiat și de cel mai îndepărtat față de steaua primară — apar eruțiuni puternice de raze X care durează câteva zile. Astronomii consideră că influența gravitațională a pulsarului asupra stelei creează un flux de plasmă deosebit de dens. Eruțiunile au loc atunci când pulsarul traversează acest flux și capturează o parte din materia sa. Cele mai puternice erupții se produc mai aproape de stea, acolo unde fluxul este mai dens.
Spectrele dezvăluie plasma care se apropie
Cercetătorii au observat sistemul cu XRISM pe 1 februarie 2025, timp de aproximativ 16 ore, aproape de finalul unei astfel de eruțiuni puternice. Instrumentul Resolve al observatorului, dezvoltat în comun de NASA și JAXA (Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială), a captat spectre de raze X extrem de detaliate, relevând linii de emisie și absorbție în schimbare rapidă. În special, liniile de absorbție ale fierului puternic ionizat au dezvăluit viteza și direcția plasmei aflate relativ aproape de pulsar.
Când Roi Rahin, cercetător la UMBC (University of Maryland, Baltimore County) și la Centrul Goddard pentru Zboruri Spațiale al NASA, a văzut pentru prima dată aceste spectre, și-a dat seama că nu mai văzuse nimic asemănător. A căutat în literatura științifică observații similare și nu a găsit niciuna.
„Era clar că aceste observații erau revoluționare, dar, în același timp, acest lucru însemna că analiza trebuia să fie deosebit de detaliată”, a declarat Nazma Islam, coautoare, fostă la UMBC și NASA Goddard, în prezent profesoară asistentă la Manipal Center for Natural Sciences, India. „Am putut vedea cum acționează fluxul dens de plasmă foarte aproape de steaua neutronică.”
Analiza echipei arată că gazele se deplasează spre pulsar cu viteze de aproximativ 540.000 de kilometri pe oră. Liniile de absorbție ale fierului observate sunt deplasate spre energii mai mici decât ar fi dacă ar fi măsurate într-un laborator. Această deplasare, numită deplasare spre roșu, indică o mișcare de îndepărtare față de observator, ceea ce înseamnă că gazul curge spre pulsar. Amploarea deplasării indică viteza plasmei.
Formarea și colapsul discului de acreție
Iată ce cred cercetătorii că se întâmplă: pe măsură ce pulsarul intră în flux, mătură gazul într-un disc gros, haotic și turbulent. Acest gaz spiralizează spre pulsar, se încălzește și emite raze X care alimentează eruțiunile. Pe măsură ce pulsarul pătrunde mai adânc în flux, discul turbulent se destramă. Astronomii bănuiesc că, deplasându-se mai direct în flux, acesta nu mai are momentul unghiular necesar pentru a menține discul. Odată ce discul se disipează, plasma curge direct pe steaua neutronică. Observațiile cu XRISM au avut loc aproape de finalul acestei faze.
Apoi, pe măsură ce pulsarul se apropie de capătul fluxului, un disc haotic reapare temporar, de această dată rotindu-se în direcția opusă celui anterior. În cele din urmă, dispare și acesta, pe măsură ce pulsarul iese din flux. În total, pulsarul are nevoie de aproximativ patru zile pentru a traversa fluxul.
„Sistemul BP Crucis este un laborator ideal pentru studierea acreției pulsarilor alimentați de vânt stelar, iar spectrometrul Resolve, sensibil și de înaltă rezoluție al XRISM, este un instrument ideal pentru a ne aprofunda înțelegerea proceselor implicate”, a declarat Brian Williams, om de știință al proiectului la NASA Goddard.
