Che cos’è uno scoppio di raggi gamma?

I lampi di raggi gamma sono le esplosioni più forti e luminose dell'universo, che si pensa siano generate durante la formazione di buchi neri. Sebbene durino pochi secondi, i lampi di raggi gamma producono tanta energia quanta il sole emetterà durante i suoi 10 miliardi di anni di esistenza.

I fenomeni enigmatici furono visti per la prima volta nel 1967 da un satellite dell'aeronautica americana chiamato Vela. La sonda è stata progettata per tenere d'occhio i test nucleari sovietici segreti, ma ha finito per individuare raggi gamma abbaglianti, la radiazione elettromagnetica più potente proveniente da oltre il sistema solare, secondo la NASA. Quando si verificava un tale evento, diventerebbe per breve tempo l'oggetto di raggi gamma più luminoso dell'universo osservabile.

Non è stato fino al 1991 che gli astronomi hanno lanciato il Compton Gamma Ray Observatory con il Burst and Transient Source Experiment (BATSE), che ha scoperto circa un nuovo lampo di raggi gamma al giorno. BATSE ha scoperto che i lampi di raggi gamma erano distribuiti uniformemente nel cielo, il che significa che si verificavano ovunque nel cosmo, secondo la Swinburne University of Technology in Australia. BATSE ha anche mostrato che c'erano due tipi di lampi di raggi gamma con firme distinte: quelli che duravano da 2 a 30 secondi e quelli che lampeggiavano per meno di 2 secondi.

Da allora, i ricercatori hanno imparato molto di più sui lampi di raggi gamma sviluppando una rete di satelliti a risposta rapida e osservatori a terra che convergono tutti su un lampo di raggi gamma non appena viene rilevato. Questa rete ha fornito dati che mostrano che i lampi di raggi gamma si trovano in galassie a miliardi di anni luce di distanza e che, dopo il bagliore di raggi gamma iniziale, la fonte del burst produce un bagliore residuo a lunghezze d'onda meno energetiche.

Da dove vengono i lampi di raggi gamma?

È stato scoperto che le versioni più longeve dei lampi di raggi gamma sono associate a supernove ultrapotenti chiamate ipernove, che si verificano quando stelle tra cinque e 10 volte la massa del nostro sole finiscono la loro vita e implodono nei buchi neri, secondo la NASA. Le ipernove sono 100 volte più luminose delle tipiche supernove e si pensa che siano generate da stelle che ruotano particolarmente velocemente o hanno un campo magnetico particolarmente forte, conferendo energia extra alla loro combustione.

Ma i lampi di raggi gamma di breve durata, che costituiscono il 30% di tali eventi, sono rimasti un mistero fino al 2005, principalmente perché sono troppo rapidi e fugaci per le osservazioni di follow-up. Dopo essere stato lanciato nel 2004, il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA (precedentemente chiamato Swift Gamma-Ray Burst Explorer) è stato finalmente in grado di registrare dati sufficienti per vedere il bagliore residuo di lampi di raggi gamma di breve durata e capire che probabilmente sono stati causati quando due cadaveri stellari ultradensi conosciuti come stelle di neutroni si sono scontrati e hanno formato un buco nero, o quando un buco nero ha mangiato una stella di neutroni.

Tali esplosioni sono così forti che producono increspature nel tessuto di questo tempo web chiamate onde gravitazionali. Ora che i ricercatori hanno attivato il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), in grado di rilevare le onde gravitazionali da queste collisioni, dovrebbero essere in grado di raccogliere ancora più informazioni sui processi alla base dei lampi di raggi gamma di breve durata.

Punti verdi da un'immagine del telescopio di un'ampia area che mostra le posizioni dei lampi di raggi gamma nel cielo. (Credito immagine: collaborazione NASA/DOE/Fermi LAT) (si apre in una nuova scheda)

Ancora pieno di mistero

Ci sono ancora molte incognite sui lampi di raggi gamma. Osservazioni recenti hanno dimostrato che i fotoni emessi dai lampi di raggi gamma oscillano tutti nella stessa direzione, ma per qualche ragione la direzione cambia nel tempo. "Cosa potrebbe essere, davvero non lo sappiamo", ha affermato Merlin Kole, uno scienziato dell'Università di Ginevra in Svizzera e uno dei ricercatori principali dello studio, in una dichiarazione dopo questa scoperta del 2019.

Anche i lampi di raggi gamma sembrano concentrare la loro energia in un raggio stretto, piuttosto che emetterla equamente in ogni direzione, il che significa che molti dei nostri satelliti ne mancano. Gli astronomi stimano che, sebbene i satelliti individuino circa un lampo di raggi gamma al giorno, circa 500 si verificano nello stesso periodo di tempo.

Finora, i lampi di raggi gamma sono stati rilevati solo in galassie lontane. Tuttavia, è possibile che uno si verifichi nella nostra galassia, la Via Lattea. L'estinzione dell'Ordoviciano, uno dei cinque grandi eventi di estinzione nella storia del nostro pianeta, si è verificato circa 450 milioni di anni fa e potrebbe essere stato causato da un'era glaciale innescata da un'esplosione di raggi gamma. Se un nuovo lampo di raggi gamma si verificasse vicino alla Terra, toglierebbe lo strato protettivo di ozono del nostro pianeta ed esporrebbe tutta la vita a letali radiazioni ultraviolette. Quindi, anche se gli scienziati potrebbero apprezzare l'opportunità di assistere un giorno da vicino a un'esplosione di raggi gamma, sono anche d'accordo a non osservarne uno nella nostra galassia natale.

Risorse addizionali:

  • Guarda come il satellite Swift della NASA punta a 500 lampi di raggi gamma.
  • Leggi di più sui lampi di raggi gamma da Imagine the Universe della NASA.
  • Scopri come l'European Southern Observatory studia i lampi di raggi gamma.
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