Le binarie a raggi X sono sistemi astrofisici all'interno della nostra Galassia composti da una stella che viene lentamente fatta a pezzi dal suo compagno buco nero. Questo processo, noto come accrescimento, fa sì che il materiale della stella fuoriesca dai suoi strati esterni e formi un disco di plasma attorno al buco nero. Questo disco si riscalda fino a decine di migliaia di gradi Celsius, producendo luce ultravioletta e raggi X, che lo rendono ancora più luminoso della stella stessa. Queste sorgenti possono essere così luminose che una binaria a raggi X è stata la prima sorgente di raggi X mai rilevata al di fuori del Sistema Solare. Ma le binarie a raggi X hanno un'altra interessante proprietà: possono produrre potenti getti (flussi collimati di plasma), il cui sviluppo è intimamente legato al disco. Se in una binaria a raggi X sono presenti getti, gli astrofisici usano il termine microquasar per definirla.

Dopo il suo lancio nel 2008, il satellite Fermi della NASA ha scoperto che questi getti potevano anche agire come acceleratori di particelle [1]. Con il suo rivelatore Large Area Telescope, Fermi ha misurato i raggi gamma emessi da una binaria a raggi X, una radiazione prodotta naturalmente nel caso in cui le particelle fossero state accelerate nel getto. Tuttavia, i modelli teorici potevano corrispondere ai dati solo se queste particelle erano elettroni. Nelle regioni con grande densità di radiazione, gli elettroni relativistici possono interagire con essa, trasferendo la loro energia e convertendola in radiazione nella banda gamma. Le stelle massicce sono molto più luminose di quelle a bassa massa e quindi si pensava che le binarie a raggi X contenenti componenti massicce fossero le uniche in grado di emettere raggi gamma. In effetti, le uniche tre microquasar rilevate in precedenza da Fermi contengono stelle almeno dieci volte più massicce del Sole.

Di conseguenza, si riteneva generalmente che le binarie a raggi X di bassa massa non fossero abbastanza potenti da produrre raggi gamma. Tuttavia, un recente studio [2] suggerisce il contrario: dopo 16 anni di attività, Fermi ha rilevato un debole segnale di raggi gamma coerente con la posizione di GRS 1915+105, una microquasar con buco nero e una stella più piccola del Sole! GRS 1915+105 è stato scoperto nel 1992 come sorgente di raggi X dall'osservatorio GRANAT ed è oggi uno dei sistemi più studiati della nostra Galassia. Ma... come è possibile? Come vengono prodotti i raggi gamma? Gli elettroni possono essere le particelle responsabili del segnale? No. Una prima stima teorica suggerisce che i raggi gamma osservati sono incompatibili con lo scenario standard delle microquasar. Ma ulteriori dati provenienti dal radiotelescopio di 45 metri Nobeyama in Giappone offrono un'alternativa: la presenza di protoni, molto più massivi degli elettroni, GRS 1915+105 ha così tanto gas intorno a sé che, se accelera i protoni nel suo getto, questi possono collidere con il gas vicino e produrre raggi gamma coerenti con il segnale rilevato da Fermi! Dimostrando, dopo tutti questi anni, che le binarie a bassa massa di raggi X possono davvero essere degli acceleratori di particelle.

Per ulteriori informazioni:

Guillem Martí-Devesa
Dipartimento di Fisica, Università di Trieste e INFN, sezione di Trieste
e-mail: guillem.marti-devesa@ts.infn.it

Laura Olivera-Nieto
Max Planck Institute for Nuclear Physics (MPIK), Heidelberg
email: laura.olivera-nieto@mpi-hd.mpg.de

[1] https://www.nasa.gov/universe/fermi-telescope-peers-deep-into-microquasar/
[2] https://doi.org/10.3847/2041-8213/ada14f

Image credit: Credit: Science Communication Lab for MPIK/H.E.S.S.