Illustrazione dell'artista di un buco nero che consuma una stella di neutroni. Credito d'immagine: Dana Berry / NASA. Clicca per ingrandire.
Gli scienziati hanno risolto un mistero di 35 anni sull'origine di potenti lampi di luce in pochi secondi chiamati brevi lampi di raggi gamma. Questi lampi, più luminosi di un miliardo di soli ma che durano solo pochi millisecondi, sono stati semplicemente troppo veloci per essere catturati ... fino ad ora.
Se hai indovinato che è coinvolto un buco nero, hai almeno metà ragione. Brevi lampi di raggi gamma derivano da collisioni tra un buco nero e una stella di neutroni o tra due stelle di neutroni. Nel primo scenario, il buco nero inghiotte la stella di neutroni e diventa più grande. Nel secondo scenario, le due stelle di neutroni creano un buco nero.
Le esplosioni di raggi gamma, le esplosioni più potenti conosciute, furono rilevate per la prima volta alla fine degli anni '60. Sono casuali, fugaci e possono verificarsi da qualsiasi regione del cielo. Prova a trovare la posizione di un flash della fotocamera da qualche parte in un vasto stadio sportivo e avrai un'idea della sfida che affrontano i cacciatori di scoppi di raggi gamma. Per risolvere questo mistero è stato necessario un coordinamento senza precedenti tra gli scienziati utilizzando una moltitudine di telescopi terrestri e satelliti della NASA.
Due anni fa gli scienziati hanno scoperto che esplosioni più lunghe, della durata di oltre due secondi, derivano dall'esplosione di stelle molto massicce. Circa il 30 percento delle esplosioni, tuttavia, sono brevi e meno di due secondi.
Quattro brevi lampi di raggi gamma sono stati rilevati da maggio. Due di questi sono presenti in quattro articoli nel numero di Nature del 6 ottobre. Uno scoppio di luglio fornisce le prove della "pistola fumante" a supporto della teoria delle collisioni. Un altro scoppio fa un ulteriore passo fornendo prove allettanti per la prima volta di un buco nero che mangia una stella di neutroni: prima allunga la stella di neutroni in una mezzaluna, ingoiandola e poi ingoiando briciole della stella spezzata nei minuti e nelle ore che seguita.
Queste scoperte potrebbero anche aiutare nella rilevazione diretta delle onde gravitazionali, mai viste prima. Tali fusioni creano onde gravitazionali o increspature nello spazio-tempo. Brevi lampi di raggi gamma potevano dire agli scienziati quando e dove cercare le increspature.
"I lampi di raggi gamma in genere sono notoriamente difficili da studiare, ma i più corti sono stati quasi impossibili da individuare", ha affermato il dott. Neil Gehrels del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Md., Principale investigatore del satellite Swift della NASA e autore principale di uno dei rapporti su Nature. “Tutto è cambiato. Ora disponiamo degli strumenti per studiare questi eventi. "
Il satellite Swift ha rilevato un breve scoppio il 9 maggio, mentre l'HETE (High-Energy Transient Explorer) della NASA ne ha rilevato un altro il 9 luglio. Queste sono le due esplosioni presenti in Nature. Swift e HETE hanno trasmesso rapidamente e autonomamente le coordinate di scoppio a scienziati e osservatori tramite telefono cellulare, segnali acustici ed e-mail.
L'evento del 9 maggio ha segnato la prima volta che gli scienziati hanno identificato un bagliore successivo per un breve scoppio di raggi gamma, qualcosa che si vede comunemente dopo lunghi lampi. Quella scoperta è stata oggetto di un comunicato stampa della NASA dell'11 maggio. I nuovi risultati pubblicati su Nature rappresentano analisi approfondite di questi due bagliori post-scoppio, che confermano il caso dell'origine di brevi raffiche.
"Avevamo la sensazione che brevi lampi di raggi gamma provenissero da una stella di neutroni che si schiantava in un buco nero o in un'altra stella di neutroni, ma questi nuovi rilevamenti non lasciano dubbi", ha affermato il dott. Derek Fox di Penn State, autore principale di un rapporto su Nature dettagliare un'osservazione a più lunghezze d'onda.
Il team di Fox ha scoperto il bagliore radiografico del 9 luglio scoppiato con l'osservatorio a raggi X Chandra della NASA. Un team guidato dal Prof. Jens Hjorth dell'Università di Copenaghen ha quindi identificato il bagliore ottico finale usando il telescopio danese da 1,5 metri all'Osservatorio di La Silla in Cile. Il team di Fox ha quindi continuato i suoi studi sull'incandescenza con il telescopio spaziale Hubble della NASA; i telescopi du Pont e Swope a Las Campanas, in Cile, finanziati dalla Carnegie Institution; il telescopio Subaru su Mauna Kea, nelle Hawaii, gestito dall'Osservatorio astronomico nazionale del Giappone; e il Very Large Array, un tratto di 27 radiotelescopi vicino a Socorro, nel New York, gestito dal National Radio Astronomy Observatory.
L'osservazione a lunghezza d'onda multipla dell'esplosione del 9 luglio, chiamata GRB 050709, ha fornito tutti i pezzi del puzzle per risolvere il mistero del breve scoppio.
"I potenti telescopi non hanno rilevato alcuna supernova quando il raggio gamma è sbiadito, discutendo contro l'esplosione di una stella massiccia", ha dichiarato il Dr. George Ricker del MIT, HETE Principal Investigator e coautore di un altro articolo di Nature. "L'esplosione del 9 luglio è stata come il cane che non abbaiava."
Ricker ha aggiunto che lo scoppio del 9 luglio e probabilmente lo scoppio del 9 maggio si trovano nella periferia delle loro galassie ospitanti, dove ci si aspetta che siano i vecchi binari di fusione. Non sono previsti brevi lampi di raggi gamma nelle giovani galassie stellari. Ci vogliono miliardi di anni perché due stelle massicce, accoppiate in un sistema binario, si evolvano prima nel buco nero o nella fase della stella di neutroni e poi si fondano. La transizione di una stella in un buco nero o in una stella di neutroni comporta un'esplosione (supernova) che può calciare il sistema binario lontano dalla sua origine e verso il bordo della sua galassia ospite.
Questo 9 luglio è scoppiato e uno successivo il 24 luglio ha mostrato segnali unici che indicano non solo una vecchia fusione ma, più specificamente, un buco nero - fusione di stelle di neutroni. Gli scienziati hanno visto picchi di luce a raggi X dopo lo scoppio iniziale dei raggi gamma. La porzione di raggi gamma rapidi è probabilmente un segnale del buco nero che ingoia la maggior parte della stella di neutroni. I segnali radiografici, nei minuti o nelle ore seguenti, potrebbero essere briciole di materiale stellare di neutroni che cadono nel buco nero, un po 'come un dessert.
E c'è di più. Le fusioni creano onde gravitazionali, increspature nello spazio-tempo previste da Einstein ma mai rilevate direttamente. L'esplosione del 9 luglio è stata di circa due miliardi di anni luce di distanza. Una grande fusione più vicina alla Terra potrebbe essere rilevata dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) della National Science Foundation. Se Swift rileva un breve scoppio nelle vicinanze, gli scienziati di LIGO potrebbero tornare indietro e controllare i dati con un preciso momento e luogo in mente.
"Questa è una buona notizia per LIGO", ha dichiarato il dott. Albert Lazzarini, del laboratorio LIGO di Caltech. “La connessione tra raffiche brevi e fusioni aumenta i tassi previsti per LIGO e sembrano essere nella parte alta delle stime precedenti. Inoltre, le osservazioni forniscono allettanti accenni di buco nero - fusioni di stelle di neutroni, che non sono state rilevate prima. Durante l'imminente osservazione annuale di LIGO potremmo rilevare onde gravitazionali da un tale evento. "
Un buco nero - la fusione di stelle di neutroni genererebbe onde gravitazionali più forti di due stelle di neutroni che si fondono. La domanda ora è quanto siano comuni e quanto vicine siano queste fusioni. Swift, lanciato nel novembre 2004, può fornire questa risposta.
Fonte originale: Comunicato stampa della NASA
