La scoperta di una stella a raggi X
Lo Sputnik
1955. L. Sedov annunciò al congresso della Federazione Internazionale di Astronautica (IAF) che l'Unione Sovietica si apprestava a lanciare il primo di una serie di satelliti dedicati alla ricerca scientifica. Il 4 ottobre 1957 all'ottavo congresso della IAF, l'Unione Sovietica annunciò per telegramma che lo Sputnik 1 era in orbita intorno alla Terra.
La risposta americana
Negli Stati Uniti erano tutti d'accordo che si doveva fare qualcosa per rimediare all'accaduto. Così si decise di iniziare un programma di ricerca e sviluppo nel campo della scienza e tecnologia dello spazio. La direzione della maggior parte del lavoro venne affidata alla National Aeronautics and Space Administration (NASA), che entrò in funzione il 1° ottobre 1958.
Nel frattempo l'Accademia Nazionale delle Scienze aveva creato lo Space Science Board. La commissione, composta da eminenti scienziati nominati per un periodo di qualche anno, aveva la funzione di consigliare la NASA e di formulare la strategia per la ricerca. Questa Commissione ha avuto un'influenza fondamentale sullo sviluppo dell'astronomia i raggi X. Ne faceva parte Bruno Rossi che era convinto che le ricerche sui raggi X avrebbero dato frutti nell'immediato futuro e suggerì questo tipo di ricerca a Riccardo Giacconi, uno scienziato della American Science & Engineering, una compagnia privata di ricerca a Cambridge (Massachusetts).
Giacconi e l'inizio
L'American Science & Engineering (AS&E) era stata fondata nel 1958 da un piccolo gruppo di scienziati che comprendeva due ex studenti di Bruno Rossi. La principale attività della compagnia era il lavoro di ricerca e sviluppo per conto di vari enti governativi. In questa compagnia entrò a far parte anche Riccardo Giacconi all'inizio del 1959. Nel settembre del 1959, incontrò per la prima volta Bruno Rossi, il quale gli suggerì che la ricerca sui raggi X cosmici avrebbero potuto essere molto fertile. Giacconi fu così colpito da questa idea che decise di cominciare subito un programma di astronomia in raggi X all'AS&E.
Dopo aver studiato la letteratura in materia, che si rivelò molto scarsa, e aver fatto delle stime teoriche sulle possibili sorgenti X fuori dal sistema solare, come per esempio la Nebulosa del Granchio, che era nota come una sorgente intensa di onde radio, si accorse che c'era bisogno di strumenti molto più potenti per poterle osservare. Così studiando bene il problema, concluse che era necessario trovare il modo di focalizzare i raggi X da un grande collettore su un piccolo contatore. In altre parole, ci voleva un telescopio a raggi X. I raggi X hanno un grande energia e corta lunghezza d'onda (circa 10-10m) . Quindi, quando colpiscono uno specchio più o meno perpendicolarmente non sono riflessi, penetrano nello specchio e sono assorbiti. Ma i raggi X che colpiscono uno specchio con un grande angolo di incidenza vengono riflessi in grande quantità. Giacconi pensò che uno specchio parabolico era quello che ci voleva per raccogliere e focalizzare i raggi X. Già 10 anni prima il fisico tedesco Hans Wolter aveva studiato il problema. Lo studio mostrava che immagini di raggi X potevano essere ottenute con specchi di forma appropriata in cui la radiazione subisse due riflessioni a incidenza radente. Purtroppo queste ricerche non ebbero applicazioni pratiche a causa di difficoltà tecniche. A quest'idea iniziale Rossi suggerì che si poteva aumentare l'area efficace inserendo vari specchi in cilindri concentrici. Giacconi e Rossi pubblicarono la descrizione di questa tecnica in una rivista nel 1960.
Avevano considerato che la Luna potesse essere una sorgente più intensa delle stelle. La Luna poteva riflettere le particelle del Sole che producevano raggi X. Così osservando la Luna si sarebbe potuta misurare l'intensità dei flussi di particelle emessi dal Sole.
Problemi tecnici
Uno dei problemi che gli scienziati dovettero affrontare era il rumore di fondo prodotto dai raggi cosmici. Il rumore di fondo è di circa un impulso per centimetro quadrato di area efficace. Dato che il numero di impulsi prodotto dai raggi X solari è un milione di volte maggiore, il rumore di fondo non è un problema nelle osservazioni del sole. Era un problema serio per le osservazioni di sorgenti da cui si aspettava circa un fotone per centimetro quadrato di contatore. Quindi si doveva trovare un modo per distinguere i due tipi di segnali. La soluzione del problema sta nel fatto che i raggi cosmici hanno un'energia molto maggiore. Entrando nel contatore, tanto i raggi X quanto i raggi cosmici lasciano una scia di gas ionizzato che produce un segnale, ma la differenza è che i raggi X vengono assorbiti prima di uscire dal contatore mentre i raggi cosmici lo attraversano. Quindi, mettendo vari contatori di raggi cosmici intorno al contatore di raggi X è possibile distinguerli: un raggio X produrrà un segnale soltanto nel primo contatore, mentre un raggio cosmico lo produrrà anche negli altri. Questa tecnica e chiamata "anticoincidenza”. Un altro modo ovvio di aumentare l'intensità del segnale è di aumentare l'area del contatore.
Il primo successo
Dopo due fallimenti iniziali dei due anni precedenti, al lancio del 18 giugno 1962, il razzo raggiunge un'altitudine massima di 225 chilometri e rimase sopra gli 80 km per un totale di 5 minuti e 50 secondi. Due dei tre contatori funzionarono perfettamente, ma il terzo si dimostrò inutilizzabile a causa di scariche elettriche ad arco. Come si aprirono le ante del razzo, i segnali prodotti dei due contatori funzionanti cominciarono ad aumentare man mano che il razzo saliva. Dato che i segnali erano continuamente registrati su nastro di carta, notarono immediatamente che l'emissione saliva a un massimo ogni volta che i contatori passavano su un determinato punto del cielo meridionale. Ovviamente c'era una sorgente intensa ed era molto più forte di quanto si aspettasse.
Ipotesi e la scoperta
Avevano paura che la radiazione ultravioletta della luna potesse aver contaminato i dati, che la vernice nera messa per protegge dalle radiazioni ultraviolette si fosse crepata. Il segnale però non era centrato sulla Luna, ma a 30 gradi di distanza. Non c'era segnale dalla Luna né da ogni altra sorgente intensa di radiazione ultravioletta della costellazione della Vergine. Si poteva quindi escludere che i contatori fossero contaminati dalla radiazione ultravioletta.
Poiché la sorgente si trovava nella direzione del Polo Sud magnetico, forse il segnale era prodotto da particelle ionizzate spiralizzanti lungo le linee di forza del campo magnetico. Tuttavia 3 fatti esclusero questa possibilità: 1) era improbabile che uno sciame di particelle ionizzate potesse creare un picco di emissione così netto; 2) a circa 60 gradi c'era un altro picco secondario e particelle in movimento lungo le linee di un campo magnetico non potevano spiegarlo; 3) nel frattempo un gruppo di ricercatori del MIT aveva trovato un picco di raggi gamma che sembrava coincidere con il picco di raggi X. In seguito il picco di raggi gamma si dimostrò spurio, ma nel frattempo era servito a confortare gli scienziati perché c'era almeno qualche fenomeno celeste che sembrava dimostrare una correlazione con i risultati i raggi X. Alla fine di agosto, al terzo simposio sull'analisi dei raggi X, Giacconi annunciò la scoperta della prima sorgente di raggi X al di fuori del sistema solare, SCO-X1.