Un compagno invisibile che consuma materiale dalla stella visibile a occhio nudo gamma-Cas è stato identificato come il responsabile dei curiosi raggi X provenienti dal sistema stellare. Si chiude un caso che ha lasciato perplessi gli astronomi per oltre cinquant’anni. Osservazioni uniche ad alta risoluzione effettuate dalla missione X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) hanno rivelato che i raggi X sono collegati al moto orbitale di una stella compagna nana bianca, permettendo finalmente agli astronomi di risolvere il mistero. Le osservazioni sono descritte in un nuovo articolo studio da Yaël Nazé dell’Università di Liegi, in Belgio. “C’è stato uno sforzo intenso per risolvere il mistero di gamma-Cas da parte di molti gruppi di ricerca per diversi decenni. E ora, grazie alle osservazioni ad alta precisione di XRISM, ci siamo finalmente riusciti”, ha affermato il ricercatore.
Un mistero ricco di storia
La stella gamma-Cas (γ-Cas) è visibile agli europei ogni notte senza nuvole. Costituisce il punto centrale della caratteristica costellazione a forma di “W” di Cassiopea. Nonostante la sua evidenza nel cielo notturno, è avvolta nel mistero fin dal 1866, quando l’astronomo italiano Angelo Secchi notò qualcosa di insolito nella sua firma luminosa. L’“impronta” dell’idrogeno appariva brillante, mentre in stelle come il nostro Sole normalmente si presenta come una linea scura. Questa strana caratteristica ha dato origine a una nuova classe di stelle, chiamate stelle “Be”, combinando la “B” associata alle stelle massicce calde blu-biancastre con la “e” derivata dalla peculiare emissione dell’idrogeno.
Ci sono voluti diversi decenni prima che gli astronomi comprendessero che queste emissioni provenivano da un disco rotante di materia espulsa dalla stella in rapida rotazione. Tali dischi possono formarsi e disperdersi nel tempo, causando variazioni nella luminosità della stella. Questo la rende ancora oggi un obiettivo popolare per gli astronomi amatoriali.
Con il miglioramento delle osservazioni telescopiche, è stato possibile monitorare il movimento di gamma-Cas, rivelando la presenza di una stella compagna di bassa massa. Poiché questa compagna resta invisibile ai telescopi, gli astronomi ritengono che possa essere una nana bianca, un oggetto compatto con la massa del Sole ma le dimensioni della Terra.
Negli anni ’70 è emerso un nuovo mistero: si è scoperto che gamma-Cas emetteva insoliti raggi X ad alta energia. Studi successivi hanno mostrato che questa emissione proveniva principalmente da plasma estremamente caldo, a circa 150 milioni di gradi, con una luminosità circa 40 volte superiore a quella normalmente prevista per stelle così massicce.
Con l’avvento dei telescopi spaziali a raggi X, tra cui XMM-Newton dell’ESA, Chandra della NASA ed eROSITA guidato dalla Germania, gli astronomi hanno individuato circa 2 decine di stelle simili a gamma-Cas con emissioni X analoghe, rendendole un gruppo speciale tra le stelle Be.
Le 2 teorie finali
Nel corso degli anni, la spiegazione dei raggi X ad alta energia si è ridotta a 2 teorie concorrenti: i campi magnetici locali della stella interagiscono con il disco circostante producendo il materiale caldo? Oppure i raggi X sono generati dal materiale del disco della stella Be che cade sulla compagna nana bianca?
Infine, è stato disponibile uno strumento con precisione sufficiente per risolvere il mistero: lo spettrometro ad alta risoluzione Resolve di XRISM. Durante una campagna di osservazione dedicata, XRISM ha rivelato che le firme del plasma caldo seguono il moto orbitale della stella compagna invisibile. In altre parole, la nana bianca consuma materiale da gamma-Cas ed emette raggi X nel farlo.
“Il lavoro precedente con XMM-Newton ha davvero preparato il terreno per XRISM, permettendoci di eliminare numerose teorie e dimostrare quale delle due finali fosse corretta”, ha affermato Yaël Nazé. “È estremamente soddisfacente avere finalmente prove dirette per risolvere questo mistero!”
Comprendere che gli oggetti di tipo gamma-Cas sono stelle Be accoppiate con una nana bianca che accresce materiale risolve il mistero dei raggi X, ma apre anche nuove domande su come si formino ed evolvano questi sistemi binari. Tali coppie erano da tempo ritenute comuni, soprattutto tra stelle di bassa massa. Tuttavia, nuove ricerche mostrano che sono più rare del previsto e tendono invece a verificarsi in stelle Be di grande massa.
“Pensiamo che la chiave sia capire esattamente come avvengono le interazioni tra le due stelle”, prosegue il ricercatore. “Ora che conosciamo la vera natura di gamma-Cas, possiamo creare modelli specifici per questa classe di sistemi stellari e aggiornare di conseguenza la nostra comprensione dell’evoluzione binaria”.
“È incredibile vedere come questo mistero si sia lentamente svelato nel corso degli anni”, afferma Alice Borghese, ricercatrice dell’ESA specializzata in astrofisica delle alte energie. “XMM-Newton ha fatto gran parte del lavoro preliminare nell’escludere varie teorie su gamma-Cas. E ora, con la nuova generazione di strumenti avanzati, XRISM ci ha portati al traguardo”.
“Questo splendido risultato sottolinea la forte collaborazione tra i team giapponesi, europei e americani di XRISM”, aggiunge Matteo Guainazzi, scienziato del progetto XRISM per l’ESA. “Questo team internazionale unisce le competenze tecniche e scientifiche necessarie per risolvere i più grandi misteri dell’Universo a raggi X e aprire nuove strade alla ricerca”.