Stelle o buchi neri?

Una delle questioni fondamentali ancora aperte per molti oggetti compatti nella nostra Galassia che emettono raggi X è quella di stabilire la loro natura: stelle di neutroni o buchi neri?  E’ uno dei temi principali che saranno affrontati durante il convegno internazionale di astrofisica delle alte energie: “X-ray astrophysics up to 511 keV” che si terrà da mercoledì 14 a venerdì 16 settembre, presso l’aula magna della Facoltà di Economia dell’Università di Ferrara, nello splendido palazzo Bevilacqua-Costabili (clicca qui per ulteriori dettagli).

La domanda a cui si cercherà di rispondere è se uno studio combinato delle proprietà spettrali e temporali della radiazione X emessa da tali oggetti possa consentire di stabilire in modo inequivocabile la loro natura.  

Altra questione, legata a quest’ultima,  è quello di stabilire qual è la banda di energia ottimale per risolvere tale problema. Per esempio, è necessario studiare le proprietà temporali dell’emissione X?

Altra questione riguarda i modelli di emissione della radiazione X dagli oggetti compatti. Ci sono modelli basati sui principi primi della fisica in grado di interpretare tutte le proprietà osservate della radiazione da loro emessa? Nell’astrofisica come  nella fisica in generale e in tutte le scienze, la scoperta di correlazioni tra grandezze osservabili è cruciale per comprendere i fenomeni sotto osservazione. La comprensione dell’emissione X dagli oggetti compatti non si sottrae a tale regola. Si discuterà  nel workshop delle correlazioni finora trovate e di quelle ritenute fondamentali in quanto  desumibili dai principi primi della fisica.

Un problema ancora aperto è la massa degli oggetti compatti nella nostra Galassia. Anche questo è un tema che verrà affrontato durante il congresso. C’è qualche informazione obiettiva sulla massa degli oggetti compatti estraibile dai dati sullo spettro in energia della radiazione e sulla variabilità temporale?

Un altro tema in discussione sarà quello di stabilire se c’è una connessione tra caratteristiche osservate negli oggetti compatti Galattici e quelle osservate nei buchi neri super-massicci in Galassie lontane (Nuclei Galattici Attivi, AGN). Per esempio,  si può trovare qualche metodo, basato sulle proprietà dell’emissione X rivelata,  per determinare la mass degli AGN?

Altra questione a cui si cercherà di dare risposta è quello di stabilire quale tipo di missione e di strumentazione è richiesta per fare tutte le stime di massa. Il problema  della massa riguarderà non solo quella degli oggetti compatti nella nostra Galassia e degli AGN, ma anche quella oscura nascosta negli ammassi di Galassie e, più in generale, nell’Universo. Si discuterà della possibile rivelazione  di  materia oscura (dark matter) attraverso i raggi X e gamma celesti.

Il congresso affronterà anche altre questioni di grande rilievo nell’astrofisica moderna e nella cosmologia, come la ricerca di antimateria  per mezzo dell’osservazione dei raggi X e gamma celesti. Non a caso il limite superiore dell’energia dei raggi X che appare nel tema del workshop siano 511 keV. Infatti questa è l’energia emessa dall’antimateria quando si annichila combinandosi con la materia normale, ma anche la possibile energia dei fotoni emessi quando la materia oscura eccitata si diseccita, in accordo ad alcune teorie.

Oltre che di problemi aperti si parlerà di missioni di astrofisica in raggi X imminenti e di missioni in corso di studio. Tra le prime,  la missione americana NUSTAR, che per la prima volta avrà a bordo ottiche focalizzanti di raggi X di alta energia (fino a 80 keV), la stessa energia dei fotoni che, per esempio,  vengono impiegati dai dentisti per le loro radiografie. Sarà presente la stessa responsabile della missione, Fiona Harrison, del California Institute of Technology di Pasadena, in California.

Ci si proietterà anche nel futuro con la presentazione e discussione del progetto LAUE, finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana, in cui è coinvolta l’industria insieme all’Università di Ferrara e agli enti di ricerca italiani CNR, INAF. LAUE è dedicato allo sviluppo di ottiche focalizzanti per raggi gamma oltre 80 keV. Tali ottiche, non solo apriranno una nuova finestra di indagine astrofisica, ma potranno essere utilizzate anche per la diagnostica e la radioterapia.

Il workshop è organizzato dall’Università di Ferrara e dall’ICRANET (International Center fo Relativistic Astrophysics) che ha sede a Pescara.