Misiunea NASA-JAXA XRISM observă un pulsar care devorează vântul stelar

Folosind date de la observatorul XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), condus de Japonia în colaborare cu NASA, astronomii au observat direct fluxul de materie al unei stele gigante, numit vânt stelar, în timp ce acesta este capturat de companionul său compact. Acest proces reprezintă sursa de energie pentru erupțiile puternice de raze X detectate în spațiu. Cercetarea face parte din eforturile NASA de explorare a universului extrem pentru a înțelege mai bine legile fundamentale ale cosmosului.

„Nu am mai văzut niciodată până acum indicii atât de clare ale plasmei provenite din vântul stelar care cade pe un obiect compact”, a declarat Roi Rahin, cercetător la UMBC (University of Maryland, Baltimore County) și la Centrul de Zbor Spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland. Potrivit acestuia, noile date permit testarea înțelegerii actuale a acestor procese la un nivel de detaliu mult mai ridicat decât a fost posibil anterior. Rezultatele studiului au fost publicate recent în prestigioasa revistă științifică Science Advances.

Sistemul BP Crucis: Un laborator cosmic extrem

Ținta observațiilor a fost sistemul BP Crucis, un sistem binar de raze X de mare masă situat la aproximativ 13.000 de ani-lumină distanță, în constelația sudică Crucea Sudului (Crux). Acest sistem este compus din două obiecte fascinante: o stea primară masivă și un companion mic, dar extrem de dens. Steaua primară, cunoscută sub numele de Wray 977, este o hipergigantă albastră cu o masă de aproximativ 40 de ori mai mare decât cea a Soarelui și de 60 de ori mai mare ca dimensiune.

Wray 977 este atât de mare, fierbinte și luminoasă încât gazul ionizat este expulzat constant de pe suprafața sa, creând ceea ce astronomii numesc un vânt stelar. Acest flux de particule este mult mai intens decât vântul solar cu care suntem obișnuiți în sistemul nostru, reprezentând o pierdere masivă de materie în spațiul interstelar. În jurul acestei gigante orbitează companionul său, o stea neutronică numită GX 301-2.

Pulsarul și dansul gravitațional al plasmei

GX 301-2 este nucleul zdrobit al unei stele care a explodat cu mult timp în urmă ca supernovă. Deși are o masă mai mare decât cea a Soarelui, aceasta este comprimată într-o sferă cu un diametru de doar aproximativ 20 de kilometri. Deoarece se rotește rapid, o dată la fiecare 11 minute, și emite un fascicul de raze X care baleiază Pământul, obiectul este clasificat drept pulsar.

Orbita pulsarului în jurul hipergigantei durează 41,5 zile. De două ori pe parcursul acestei orbite — în punctele cele mai apropiate și cele mai îndepărtate de steaua primară — apar erupții puternice de raze X care durează câteva zile. Astronomii consideră că influența gravitațională a pulsarului asupra stelei gigante creează un flux de plasmă deosebit de dens. Erupțiile au loc atunci când pulsarul traversează acest flux și captează o parte din materia acestuia. Cele mai puternice explozii se produc atunci când pulsarul este mai aproape de stea, unde densitatea fluxului de plasmă este maximă.

Tehnologia XRISM și analiza spectrală revoluționară

Echipa de cercetători a vizat sistemul cu ajutorul observatorului XRISM pe 1 februarie 2025, monitorizându-l timp de aproximativ 16 ore, spre finalul uneia dintre aceste erupții majore. Instrumentul principal al misiunii, numit Resolve, dezvoltat în comun de NASA și JAXA (Agenția de Explorare Aerospațială a Japoniei), a capturat spectre de raze X extrem de detaliate. Acestea au dezvăluit linii de emisie și absorbție care se schimbau rapid, oferind o „amprentă” a gazului din jurul pulsarului.

În mod specific, liniile de absorbție provenite de la fierul puternic ionizat au dezvăluit viteza și direcția plasmei aflate în imediata apropiere a pulsarului. Când Roi Rahin a analizat pentru prima dată aceste spectre, a realizat că se confruntă cu ceva fără precedent. „Era clar că aceste observații erau revoluționare, dar în același timp acest lucru însemna că analiza trebuia să fie deosebit de detaliată”, a explicat Nazma Islam, co-autor al studiului și profesor asistent la Centrul Manipal pentru Științe Naturale din India. Analiza a permis vizualizarea modului în care fluxul dens de plasmă se comportă foarte aproape de steaua neutronică.

Viteze uluitoare și dinamica discului de acreție

Cercetătorii au demonstrat că liniile de absorbție ale fierului observate sunt deplasate către energii mai mici decât ar fi dacă ar fi măsurate într-un laborator terestru. Această deplasare, numită „redshift” (deplasare spre roșu), indică o mișcare de îndepărtare față de observator, ceea ce înseamnă că gazul curge direct spre pulsar. Amploarea acestei deplasări a permis calcularea vitezei plasmei: gazul se îndreaptă spre pulsar cu o viteză uluitoare de aproximativ 540.000 km/h.

Modelul propus de cercetători explică dinamica acestui proces: pe măsură ce pulsarul intră în fluxul de plasmă, el „mătură” gazul într-un disc gros, turbulent și dezordonat. Acest gaz spiralează spre suprafața pulsarului, se încălzește la temperaturi extreme și emite razele X care alimentează erupțiile. Pe măsură ce pulsarul înaintează mai adânc în flux, discul turbulent se dezintegrează. Astronomii suspectează că, atunci când pulsarul se mișcă direct în flux, materia nu mai are momentul cinetic necesar pentru a menține structura de disc. În acel moment, plasma curge direct pe steaua neutronică. Observațiile XRISM au avut loc exact la finalul acestei faze critice.

Concluzii pentru astrofizica modernă

Spre finalul tranzitului prin fluxul de plasmă, un disc dezordonat reapare pentru scurt timp, de data aceasta rotindu-se în direcția opusă, înainte de a dispărea complet pe măsură ce pulsarul părăsește zona densă. Întregul proces de tranzit durează aproximativ patru zile.

„Sistemul BP Crucis este un laborator ideal pentru studierea acreției pulsarilor alimentați de vânt stelar, iar spectrometrul Resolve al misiunii XRISM este instrumentul perfect pentru a avansa înțelegerea noastră asupra acestor procese complexe”, a concluzionat Brian Williams, cercetător de proiect al misiunii la NASA Goddard. Aceste descoperiri nu doar că elucidează misterul erupțiilor din BP Crucis, dar oferă și un model pentru înțelegerea modului în care obiectele compacte interacționează cu mediul lor în întregul univers.