Un Bestiario Medioevale di Sorgenti

Un catalogo di fenomeni variabili astrofisici richiama un po' alla memoria un bestiario medievale, con la classificazione di strane specie.

Ci sono sorgenti con variazioni di flusso e/o proprietà spettrali ricorrenti a intervalli regolari di tempo. Questo tipo di variabilità si chiama “periodica”.

Parleremo anche della variabilità "aperiodica" delle sorgenti: se una sorgente mostra una piccola fluttuazione nella propria emissione (diciamo meno di un fattore 10 di variabilità),  allora la consideriamo semplicemente “variabile”; se invece la fluttuazione è maggiore di un fattore 10, allora la chiameremo “transiente”.

Sorgenti con variabilità aperiodica e/o transienti

Fino a 50 anni fa, la ricerca di oggetti astronomici transienti si limitava alle comete (che diventano più brillanti nei pressi del Sole), alle novae (eruzioni giganti di stelle di piccola massa) e supernovae (esplosioni catastrofiche di stelle). La nascita dell'astrofisica delle alte energie ha aperto una nuova finestra sull'esplorazione di fenomeni variabili nel tempo, mostrando un cielo estremamente dinamico e portando alla scoperta di nuove classi di sorgenti, alcune delle quali completamente inattese. Fra gli oggetti e i processi astrofisici scoperti grazie alle proprietà transienti – o altamente variabili -  di alcuni fenomeni alle alte energie, troviamo:

  • i lampi gamma (Gamma Ray Bursts, GRB): le esplosioni cosmiche più potenti, probabilmente prodotte dal collasso di stelle massive in buchi neri o dalla coalescenza di due stelle di neutroni;
  • soft gamma repeaters (SGR): sorgenti X, stelle di neutroni con il campo magnetico più intenso dell'Universo, anche note come magnetars;
  • binarie X transienti: buchi neri, stelle di neutroni e nane bianche che accrescono materia dalla stella compagna;
  • eruzioni stellari: eruzioni stellari di emissione X da stelle magneticamente attive, tipo spettrale K o M, isolate o in sistemi binari ;
  • eruzioni da nuclei galattici attivi blazars: eruzioni di emissione gamma prodotte dai getti di buchi neri supermassivi nel centro di galassie;
  • eventi di distruzione mareale: cattura gravitazionale e distruzione di una stella da parte di un buco nero supermassivo;
  • flash di raggi X da supernovae; prodotti dallo shock nell'esplosione della stella in una supernova.

Più in generale, fin dagli albori dell'astronomia X, fu chiara l'importanza della variabilità, la caratteristica fondamentale del cielo X. Praticamente tutte le classi di sorgenti, dai sistemi in accrescimento fino alle corone stellari, mostrano una variabilità in flusso e/o proprietà spettrale di un certo tipo, ognuna con tempi scala propri, permettendo di capire il meccanismo fisico alla base del processo. Ad esempio, le prime osservazioni di rapida variabilità X nelle osservazioni di nuclei galattici attivi furono il primo test osservativo del modello standard dell'accrescimento da disco  intorno a un buco nero.

Sorgenti periodiche

Fin dai primi tentativi dell'umanità di creare e mantenere un calendario, la rivelazione e lo studio di fenomeni periodici hanno avuto un ruolo fondamentale in astronomia. Informazioni molto importanti sono ottenute dall'osservazione e misura di periodicità in tante classi di sorgenti astronomiche. In molti casi, il segnale periodico viene generato dalla rotazione di un oggetto compatto o dal moto orbitale in un sistema binario.

Fra gli oggetti astronomici che hanno caratteristiche periodiche alle alte energie ricordiamo:

  • stelle di neutroni in accrescimento in sistemi binari (con aumento e diminuzione dello spin);
  • giovani stelle di neutroni che emettono radiazione X a spese della propria energia rotazionale (le pulsar radio classiche), termica (note come “Le magnifiche sette”) o  magnetica (magnetars). In tutti i casi si ottiene una diminuzione dello spin della stella di neutroni; nane bianche magnetiche in accrescimento (note come “polar” o “polar intermedie”);
  • sistemi binari con  stella di neutroni, buco nero o nana bianca in accrescimento (viste ad un elevato grado di inclinazione). In tal caso si registrano modulazioni dell'emissione X  (inclusi i “dips”, avvallamenti, periodici ed eclissi) lungo l'orbita.

Fino ad ora, una notevole percentuale delle scoperte di tali oggetti astronomici è stata ottenuta in via serendipita, grazie allo studio delle curve di luce di sorgenti che per caso si trovavano nel campo di vista degli strumenti.