Fantasmi dal profondo cielo

Immagine artistica di un Gamma Ray Burst. Getti di materiale in movimento veloce vengono proiettati verso l’esterno attraverso un guscio sferico di materiale espulso dall’esplosione iniziale di una stella massiccia e il suo collasso in un buco nero. L’emissione del Grb avviene in due fasci con direzione opposta che spesso mancano la Terra, ma creano un bagliore radio temporaneo che può essere rilevato.Crediti: Bill Saxton, Nrao/Aui/Nsf

Confrontando i dati raccolti nel primo periodo di osservazioni della nuova survey del Karl G. Jansky Very Large Array (Vla), un sistema di radiotelescopi nel New Mexico, con quelli di precedenti rilevamenti, un gruppo di ricercatori ha notato un curioso cambiamento nel cielo radio, in una zona della costellazione del Boote. Un oggetto osservato per la prima volta nel 1993 e con un picco di luminosità l’anno successivo, ma apparso indebolito nel 2010 e appena visibile nel 2015, è infine diventato invisibile nel 2017, passando da una luminosità simile alle sorgenti radio più luminose dell’universo – quasar e nuclei galattici attivi – a una luminosità cinquanta volte più debole in circa ventitré anni. I ricercatori hanno così ricavato la storia di un fenomeno transiente che non ci si aspetterebbe di trovare nelle onde radio: un lampo gamma lungo.

Un lampo gamma (Grb, dall’inglese gamma ray burst) è uno degli eventi più energetici oggi noti: in un tempo brevissimo – da pochi millisecondi a decine di minuti – rilascia una quantità di energia paragonabile a quella che il Sole rilascerà in più di dieci miliardi di anni di attività. Si stima che i Grb osservati, come quello che l’anno scorso ha accompagnato la rilevazione delle onde gravitazionali dovute alla fusione di due stelle di neutroni, siano solo una minima parte di quelli che avvengono. Questo perché la sorgente di lampi gamma è uno dei due getti relativistici di materia emessi in direzioni opposte da un evento come il collasso gravitazionale di una stella molto massiccia (o la coalescenza di due stelle di neutroni). Poiché tali getti sono molto stretti e collimati – un po’ come il fascio di luce di un faro – solo quelli che puntano verso la Terra possono essere rilevati dai telescopi per raggi gamma, come il telescopio spaziale Fermi della Nasa.

Il Karl G. Jansky Very Large Array nel New Mexico è gestito dal National Radio Astronomy Observatory. Crediti: Nrao/Aui/Nsf

In realtà, quanto osservato dai ricercatori non è stato direttamente il lampo gamma, ma l’emissione radio irradiata in tutte le direzioni dal gas che circondava la stella originale. Scontrandosi con il gas, infatti, il Grb ha creato un’enorme onda d’urto simile a un boom sonico. Questo ha riscaldato il gas, producendo un bagliore nelle onde radio. In pratica, i ricercatori non hanno visto l’esplosione, ma la devastazione che ne è seguita. Un fenomeno atteso, noto come afterglow orfano, e, come spiega Bryan Gaensler, direttore del Dunlap institute for astronomy & astrophysics dell’università di Toronto e coautore dell’articolo in pubblicazione su Astrophysical Journal Letters: «Questa è la prima volta che qualcuno è stato in grado di catturare il boom sonico da un’esplosione di Grb non osservata».

Animazione ottenuta con le immagini che mostrano l’andamento dal 1993 al 2017 dell’emissione radio in dissolvenza del sospetto gamma ray burst orfano. Il Grb orfano esplose e si estinse lungo un periodo di 25 anni. Ora molto debole, il suo picco di luminosità nel 1993 era più di 50 volte la luminosità attuale. Crediti: Law et al., Bill Saxton, Nrao/Aui/Nsf

L’oggetto della scoperta, First J141918.9+394036, si trova nella periferia di una galassia nana a 284 milioni di anni luce dalla Terra che sta ancora formando stelle. La luminosità della sorgente, la sua evoluzione nel corso dei decenni e l’appartenenza a una galassia nana con formazione stellare, sono indizi che hanno fatto propendere gli scienziati per la sua origine da un Grb, come quelli rilevati e associati all’esplosione di stelle molto massicce. Il Grb sarebbe probabilmente avvenuto nel 1992 o 1993, ma in una ricerca nei database degli osservatori di raggi gamma il team non ha trovato candidati adeguati, rendendo quindi l’afterglow orfano proprio per l’assenza del Grb. «Questo è eccitante, e non solo perché probabilmente è il primo Grb orfano ad essere scoperto. È anche il più vecchio Grb ben localizzato e il lungo periodo di tempo durante il quale è stato osservato significa che può fornirci nuove preziose informazioni sui Grb afterglow», afferma Casey Law, assistente astronomo ricercatore dell’università della California a Berkeley e primo autore dell’articolo, che continua: «Confrontando il numero di afterglows orfani con quelli preceduti da Grb possiamo misurare quella frazione [di Grb visibili da Terra, n.d.a.] molto più precisamente di prima».

Il fatto che queste esplosioni siano seguite da un afterglow radio decennale fornisce agli astronomi la possibilità di trovare il resto di questi eventi, non solo quelli annunciati da un lampo gamma. Trovarne molti di più, grazie alle nuove survey radio attualmente in corso, aiuterà a risolvere alcune domande aperte: quali sono queste massicce esplosioni stellari che generano lampi gamma? E cosa viene lasciato in seguito?

Secondo Law l’esplosione – preceduta dalla fusione di due stelle molto grandi o stelle di neutroni, oppure segnante la morte di una singola stella massiccia – produce una stella di neutroni che ruota rapidamente e altamente magnetizzata, nota come magnetar. La materia circostante emette intense onde radio che si attenuano lentamente, durante le quali la magnetar si gira e occasionalmente emette lampi radio veloci (fast radio bursts) – un altro misterioso fenomeno transiente- mentre si riduce a un’ordinaria pulsar.

Osserva infine Brian Metzger, della Columbia University e altro autore dello studio: «Finora non abbiamo mai visto come gli afterglows dei Grb si comportino in tempi così tardivi. Se una stella di neutroni è responsabile nell’alimentare il Grb ed è ancora attiva, questo potrebbe darci un’opportunità senza precedenti di vedere questa attività mentre l’espansione del materiale espulso dall’esplosione di supernova diventa finalmente trasparente».

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Fonte: Fantasmi dal profondo cielo

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