Rimbalzi Esplosivi di un Lampo Gamma

Rimbalzi Esplosivi di un Lampo Gamma

In un batter d’occhio una stella massiccia a oltre 2 miliardi di anni luce di distanza è giunta alla fine della sua vita, esplodendo come supernova e generando un buco nero al suo centro. Grazie al telescopio ALMA gli astronomi hanno studiato l’evento nel millimetrico, rivelando fondamentali indizi sul lampo gamma conseguente alla catastrofica detonazione.

Il buco nero neonato ha emesso un lampo di raggi gamma fugace, ma estremamente intenso, diretto verso la Terra, dove è stato rilevato dal Neil Gehrels Swift Observatory della NASA il 19 dicembre 2016. Anche se il lampo gamma seguito all’evento cataclismico è scomparso circa sette secondi più tardi, l’emissione è proseguita nei raggi X e in banda radio per settimane. Questo ha permesso agli astronomi di studiare le conseguenze dell’evento straordinariamente energetico, noto come GRB 161219B, con molti telescopi, tra cui il Very Large Array.

Tuttavia le capacità uniche del telescopio ALMA hanno consentito agli astronomi di realizzare uno studio dettagliato dell’esplosione a lunghezze d’onda millimetriche, rivelando nuovi indizi su questo particolare gamma ray burst (GRB) e sulla dimensione e composizione dei getti di materiale espulsi. “Dal momento che ALMA opera in banda millimetrica, che ci informa sull’interazione dei getti con il gas circostante, è uno strumento potente per sondare queste violente esplosioni cosmiche”, spiega Tanmoy Laskar dell’University of California, a guida dello studio pubblicato su Astrophysical Journal.

Grazie alle osservazioni di ALMA gli astronomi hanno prodotto il primo video in time-lapse di un’esplosione cosmica, che ha rivelato un’onda d’urto inversa di lunga durata, derivante da un fronte esplosivo di ritorno lungo il getto. Un’onda d’urto inversa avviene quando le particelle ad alta velocità espulse dai getti del GRB impattano sul materiale circostante, venendo così rallentate nella loro corsa e generando un’ondata di ritorno. Dal momento che i getti dovrebbero durare non più di pochi secondi, anche l’onda d’urto dovrebbe avere breve durata. Ma non è quello che si è osservato.

“I dati di ALMA mostrano che potremmo aver guardato in passato nel modo sbagliato e che le osservazioni nel millimetrico sono la nostra migliore alternativa per andare a caccia di questi fuochi d’artificio cosmici”, spiega Carole Mundell dell’University of Bath. “Quello che rende unico questo sistema è che quando l’onda d’urto inversa è entrata nel getto, ha trasferito gradualmente ma in maniera continua l’energia del getto all’onda d’urto esplosiva che procedeva in direzione opposta, facendo sì che l’emissione nel radio e nel visibile si affievolisse molto più lentamente del previsto”, aggiunge Laskar. “Gli astronomi si sono domandati a lungo da dove provenisse questa energia extra. Ora, grazie ad ALMA, sappiamo che fino all’85 percento dell’energia totale, nel caso di GRB 161219B, è nascosta nel materiale che si sposta più lentamente all’interno del getto stesso”. L’emissione luminosa dell’onda inversa si è affievolita nel giro di una settimana. L’onda d’urto poi ha brillato nella banda millimetrica, fornendo ad ALMA l’occasione di studiare la geometria del getto.

Comprendere la forma e la durata del deflusso della stella è essenziale per determinare la reale energia dell’esplosione. In questo caso, gli astronomi hanno scoperto che il getto conteneva l’energia che il Sole emette in un miliardo di anni. “Anche se si trova a oltre due miliardi di distanza, questo GRB è in realtà l’evento più vicino di questo genere di cui abbiamo misurato le proprietà dettagliate del deflusso, grazie alle capacità combinate di ALMA e del VLA”, spiega Kate Alexander della Harvard University. Il VLA, che opera a lunghezze d’onda più lunghe, ha continuato ad osservare l’emissione radio dell’onda d’urto inversa dopo che è scomparsa dalla vista di ALMA.

Questo è soltanto il quarto lampo gamma di cui è stata effettuata una rilevazione convincente in multifrequenza di un’onda d’urto inversa. Il materiale attorno alla stella collassata era circa 3000 volte meno denso della densità media del gas nella nostra galassia, e le nuove osservazioni di ALMA suggeriscono che ambienti a così bassa densità siano essenziali per produrre emissioni d’urto di ritorno, il che spiega perché queste rilevazioni sono così rare.
[ Barbara Bubbi ]

Nell’immagine impressione artistica dei getti del GRB e dell’onda d’urto inversa.
Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

https://phys.org/news/2018-07-radio-rebound-powered-jets-gamma-ray.html