06 Giu 2021 Un’Esplosione Cosmica Eccezionale
I lampi di raggi gamma sono fenomeni che coinvolgono immani energie e vengono associati agli eventi astrofisici più catastrofici, come una stella massiccia in rapida rotazione che collassa in buco nero. Grazie alla relativa vicinanza a noi di uno di questi lampi ultraenergetici, un team di scienziati ha ottenuto una visione privilegiata e duratura del bagliore residuo dell’esplosione, ricavando dati che potrebbero sfidare le attuali teorie.
“I lampi gamma (gamma-ray burst, GRB) sono le esplosioni più potenti dell’Universo e vengono associati a stelle massicce in rapida rotazione che collassano in buco nero. Una frazione dell’energia gravitazionale liberata alimenta la produzione di un’onda d’urto ultra-relativistica. La loro emissione si divide in due fasi distinte: la fase iniziale caotica del lampo, detta ‘prompt’, che dura qualche decina di secondi, seguita da una fase di affievolimento di lunga durata (afterglow)”.
Il 29 Agosto 2019 i satelliti Fermi e Swirt hanno individuato un lampo gamma lungo nella Costellazione di Eridano. L’evento, catalogato GRB 190829A, si è rivelato uno dei lampi gamma più vicini a noi tra quelli osservati, con una distanza di circa un miliardo di anni luce. “Eravamo praticamente in prima fila quando è avvenuto questo lampo gamma”, spiega il coautore Andrew Taylor di DESY. Il team ha catturato il bagliore residuo dell’esplosione non appena è divenuto visibile dal sistema di telescopi High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia. “Abbiamo potuto osservare l’afterglow per vari giorni e a energie gamma senza precedenti”.
La distanza relativamente vicina di questo lampo gamma ha permesso di ricavare misurazioni dettagliate dello spettro del bagliore residuo. “Abbiamo potuto determinare lo spettro di GRB 190829A fino a energie di 3,3 tera-elettronvolt, circa mille miliardi di volte più energetico rispetto ai fotoni della luce visibile”, spiega Edna Ruiz-Velasco del Max Planck Institute for Nuclear Physics ad Heidelberg. “È la caratteristica eccezionale di questo lampo gamma: è avvenuto nel nostro vicinato cosmico, dove i fotoni ad altissima energia non sono stati assorbiti durante le collisioni con la radiazione di fondo nel loro percorso verso la Terra, come avviene per vaste distanze nel cosmo”.
Il team ha potuto seguire l’afterglow fino a tre giorni dopo l’esplosione iniziale. “Le nostre osservazioni hanno rivelato curiose similitudini tra l’emissione in banda X e nei raggi gamma ultraenergetici”, riferisce Zhu. Secondo la teoria le due componenti dovrebbero essere prodotte da differenti meccanismi: la componente in banda X ha origine da elettroni ultraveloci che vengono deflessi nei forti campi magnetici dei dintorni del lampo, nel corso di un processo detto di sincrotrone. Ma appare improbabile che persino le più potenti esplosioni nel cosmo possano accelerare elettroni a sufficienza da produrre direttamente i raggi gamma ultraenergetici osservati. Si ritiene pertanto che, nel corso di un lampo gamma, gli elettroni veloci collidano con fotoni di sincrotrone e quindi li elevino a energie gamma in un processo chiamato “synchrotron self-Compton”.
Ma dalle osservazioni del bagliore residuo di GRB 190829A sembra che entrambe le componenti, in banda X e gamma, si siano affievolite contemporaneamente. Questi risultati suggeriscono che i raggi X e i raggi gamma ultraenergetici nell’afterglow siano stati prodotti dallo stesso meccanismo. “È piuttosto inaspettato osservare caratteristiche spettrali e temporali così simili se le emissioni nei due range di energia hanno origini differenti”, afferma il coautore Dmitry Khangulyan della Rikkyo University, Tokyo. Le implicazioni di questa scoperta prevedono che siano necessarie ulteriori osservazioni e studi per comprendere i meccanismi alla base del bagliore residuo di un lampo gamma ad altissima energia. Lo studio è pubblicato su Science.
Nell’immagine rappresentazione artistica di un getto di lampo gamma che fuoriesce da una stella in via di collasso gravitazionale, emettendo fotoni ad altissima energia
CREDIT DESY, Science Communication Lab
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-06/ded-fvr052821.php
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