Processi Estremi alla Base dei Lampi Gamma

05 Ago 2019 Processi Estremi alla Base dei Lampi Gamma

I Gamma-ray burst, brevi e intensi lampi di radiazione ad alta energia provenienti dalle profondità dello spazio, rappresentano il fenomeno più potente osservato nell’Universo. Secondo un nuovo studio, il lampo gamma GRB 190114C, proveniente da una galassia distante 4 miliardi di anni luce, ha avuto origine da un getto relativistico in moto a velocità pari al 99,99 percento di quella della luce.

Sin dalla loro scoperta i misteriosi lampi gamma (Gamma-ray bursts, GRB) hanno ricevuto l’attenzione di vari satelliti, dedicati a scoprire la loro origine. Alla fine degli anni ’90 si è appreso che i lampi gamma lunghi (di durata superiore a qualche secondo) si verificano nel corso di eventi catastrofici, durante l’esplosione di stelle assai massicce, con conseguente formazione di un buco nero, e relativi getti di plasma incredibilmente luminosi, in viaggio a velocità relativistiche. Successivamente, si è teorizzato che i lampi più brevi derivino, invece, dalla fusione di stelle di neutroni, ipotesi confermata due anni fa dall’osservazione simultanea di onde gravitazionali e lampi gamma emessi dal famoso evento GW170817.

Eppure rimangono ancora da risolvere molti enigmi. Particolarmente misteriosa si è rivelata la questione di come venga prodotta la radiazione ad alta energia. Lo scorso Gennaio il satellite Swift della NASA ha rilevato GRB 190114C, un lampo gamma brillante che ebbe origine 4 miliardi di anni fa in una lontana galassia. In seguito, il telescopio MAGIC, un rilevatore Cherenkov a Roque de los Muchachos Observatory, La Palma, Canarie, ha individuato dalla stessa sorgente emissione di fotoni a energia estremamente alta. I fotoni ultra-energetici, osservati circa 50 secondi dopo l’emissione iniziale, estremamente brillante, del burst (“fase prompt”), cioè durante la cosiddetta “fase afterglow” (emissione residua), erano almeno 10 volte più energetici rispetto ai fotoni a più alta energia osservati da ogni altro lampo precedente.

Anche se per adesso sono stati pubblicati solo i dati preliminari delle osservazioni di MAGIC, Evgeny Derishev dell’Institute for Applied Physics a Nizhny Novogorod e Tsvi Piran della Hebrew University di Gerusalemme hanno combinato le informazioni acquisite con osservazioni di fotoni a energia inferiore (raggi X), rivelando nuovi dettagli sul meccanismo di emissione. Nello studio pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, gli autori dimostrano che la radiazione osservata deve aver avuto origine in un getto in movimento verso di noi a velocità pari al 99,99 percento di quella della luce. La possente radiazione rilevata da MAGIC è stata emessa da elettroni accelerati a energie nell’ordine dei TeV all’interno del getto.

È stato identificato anche il meccanismo di emissione: il cosiddetto effetto Compton inverso, per cui elettroni ad altissima energia impattano su fotoni a bassa energia, energizzandoli a livelli estremi. Gli stessi elettroni relativistici nel getto producono anche i fotoni a bassa energia, attraverso radiazione di sincrotrone, emessa quando gli elettroni vengono accelerati lungo un percorso curvo o a spirale per effetto di campi magnetici intensi.

“MAGIC ha scoperto la Stele di Rosetta dei lampi di raggi gamma”, afferma Piran. “Questa rilevazione unica ci permette per la prima volta di distinguere tra due differenti modelli di emissione, e di scoprire quali siano esattamente le condizioni durante l’esplosione. Ora possiamo anche capire perché una simile radiazione non era stata osservata in passato”. La rilevazione suggerisce che in futuro, grazie a nuovi telescopi come il Cherenkov Telescope Array, potranno essere individuati molti altri eventi simili, che contribuiranno alla risoluzione del mistero cosmico dei lampi gamma.
[ Barbara ]

Nell’immagine impressione artistica di un lampo gamma in una regione di formazione stellare
Credit: NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones

https://phys.org/news/2019-08-mechanism-gamma-ray-space-decoded.html

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