Lo studio dettagliato condotto da XRISM su Cygnus X-3, un sistema binario unico situato a una distanza di 32.000 anni luce, ha portato alla luce complesse dinamiche del gas che sono guidate da una stella di Wolf-Rayet e dal suo compagno compatto, molto probabilmente un buco nero. Attraverso la monitoraggio prolungato del sistema per diverse orbite, lo spettrometro ad alta risoluzione di XRISM ha individuato interazioni del gas in uscita, che viene illuminato e ionizzato dai raggi X. I risultati ottenuti, che includono approfondimenti sui movimenti Doppler e sugli effetti del vento stellare, mettono in risalto le capacità all’avanguardia della missione e gettano le basi per una migliore comprensione del misterioso compagno di Cygnus X-3.
Catturando le dinamiche affascinanti di Cygnus X-3, l’osservatorio giapponese XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) ha fornito la visione più dettagliata finora dei flussi di gas all’interno di questo sistema, che rappresenta una fonte di raggi X ampiamente studiata e affascinante nel cielo. Cygnus X-3 è un sistema binario stellare che vede la presenza di una rara stella massiccia accoppiata con un compagno compatto, molto probabilmente un buco nero. La particolarità della stella massiccia è uno degli elementi che rendono Cygnus X-3 così intrigante, come spiega Ralf Ballhausen, un associato post-dottorato presso l’Università del Maryland, College Park, e a Greenbelt, Maryland. Si tratta di una stella di Wolf-Rayet, un tipo che ha raggiunto uno stadio evolutivo in cui potenti flussi, noti come venti stellari, sottraggono il gas dalla superficie della stella e lo proiettano verso l’esterno. L’oggetto compatto raccoglie e riscalda parte di questo gas, inducendolo a emettere raggi X. I risultati, guidati da Ballhausen, sono destinati a essere pubblicati in una prossima edizione di The Astrophysical Journal.
Per XRISM, Cygnus X-3 rappresenta un obiettivo ideale, poiché la sua luminosità si colloca nel range di energia in cui XRISM è particolarmente sensibile, come sottolinea il co-autore Timothy Kallman, un astrofisico presso la NASA Goddard. Questa fonte insolita è stata oggetto di studio da parte di ogni satellite per raggi X mai lanciato, pertanto osservarla costituisce una sorta di rito di passaggio per le nuove missioni dedicate ai raggi X. XRISM (pronunciato ‘crism’) è una missione condotta dalla JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) in collaborazione con la NASA, con il contributo dell’ESA. NASA e JAXA hanno sviluppato lo strumento spettrometro a microcalorimetri della missione, denominato European Space Agency Resolve.
Offrendo dettagli ad alta risoluzione grazie allo strumento Resolve di XRISM, che ha osservato Cygnus X-3 per 18 ore alla fine di marzo, è stato possibile acquisire uno spettro ad alta risoluzione che consente agli astronomi di approfondire la complessa dinamica del gas presente nel sistema. Questa dinamica include il gas in uscita generato da una stella calda e massiccia, la sua interazione con il compagno compatto e una regione turbolenta che potrebbe rappresentare una scia prodotta dal compagno durante il suo transito attraverso il gas in uscita.
In Cygnus X-3, la stella e l’oggetto compatto sono così vicini che completano un’orbita in soli 4,8 ore. Si ritiene che il sistema binario si trovi a circa 32.000 anni luce di distanza, nella direzione della costellazione settentrionale del Cigno. Nonostante spesse nubi di polvere nel piano centrale della nostra galassia oscurino qualsiasi luce visibile proveniente da Cygnus X-3, il sistema è stato studiato attraverso luce radio, infrarossa, gamma e raggi X. Attraverso la rivelazione dei movimenti del gas con l’effetto Doppler, è emerso che il sistema è immerso nel gas in movimento proveniente dalla stella, che viene illuminato e ionizzato dai raggi X emessi dal compagno compatto. Il gas emette e assorbe sia i raggi X, e molti dei picchi e delle valli prominenti dello spettro incorporano entrambi gli aspetti.
Tuttavia, la comprensione dello spettro non è semplice poiché alcune caratteristiche sembrano essere spostate dalle loro normali energie di laboratorio a causa dell’effetto Doppler. Le valli di assorbimento tendono a spostarsi verso energie più elevate, indicando che il gas si muove verso di noi a velocità fino a 930.000 miglia all’ora (1,5 milioni di km/h). Al contrario, i picchi di emissione si spostano verso energie più basse, suggerendo che il gas si muove lontano da noi a velocità più contenute. Alcune caratteristiche spettrali mostrano valli di assorbimento molto più marcate rispetto ai picchi di emissione, e ciò è attribuibile al fatto che le dinamiche del vento stellare consentono al gas in movimento di assorbire una gamma più ampia di energie dei raggi X emessi dal compagno.
Il dettaglio dello spettro ottenuto da XRISM, in particolare alle energie più elevate che sono ricche di caratteristiche prodotte dagli atomi di ferro ionizzati, ha permesso agli scienziati di analizzare questi effetti in modo più approfondito. Per determinare il compagno compatto di Cygnus X-3, è stata fondamentale la capacità di XRISM di monitorare il sistema nel corso di diverse orbite, come sottolinea Brian Williams, scienziato del progetto della NASA presso Goddard. Ci sono ancora molte sfide da affrontare nell’analisi di questo spettro, e si spera che alla fine possa contribuire a determinare se l’oggetto compatto di Cygnus X-3 sia effettivamente un buco nero.
XRISM rappresenta una missione collaborativa tra JAXA e NASA, con il coinvolgimento dell’ESA e la partecipazione scientifica dell’ASC (Agenzia Spaziale Canadese).
