Raggi gamma oscuri scoppiano GRB020819. Credito d'immagine: Keck. Clicca per ingrandire.
Praticamente tutto ciò che sappiamo dell'Universo ci arriva attraverso l'agenzia della luce. A differenza della materia, la luce è adatta in modo univoco a percorrere le vaste distanze attraverso lo spazio verso i nostri strumenti. La maggior parte dei fenomeni astronomici è tuttavia persistente e ripetibile: possiamo fare affidamento su di essi per "restare in giro" per l'osservazione a lungo termine o "tornare indietro" su base regolare. Ma non è così per le esplosioni di raggi gamma (GRB) - quei misteriosi eventi cosmologici che sovraccaricano i fotoni (e le particelle subatomiche) con livelli di energia assurdamente alti.
Il primo GRB celeste rilevato si è verificato durante il monitoraggio del trattato sulle armi nucleari nel 1967. Tale evento ha richiesto anni di analisi prima che fosse confermata la sua origine extraterrestre. Dopo questa scoperta, sono stati messi in atto metodi primitivi di triangolazione usando rivelatori situati su varie sonde spaziali all'interno della rete interplanetaria (IPN). Tali metodi richiedevano una grande quantità di scricchiolii di numeri e rendevano impossibile il follow-up immediato utilizzando strumenti basati sulla Terra. Nonostante i ritardi coinvolti, sono state catalogate centinaia di sorgenti di raggi gamma. Oggi, anche utilizzando Internet, occorrerebbero ancora diversi giorni per rispondere utilizzando un approccio di rilevamento di tipo IPN.
Tutto questo ha cominciato a cambiare nel 1991 quando la NASA ha messo nello spazio l'Osservatorio Gamma Ray Compton (CGRO) usando la navetta spaziale Atlantis come parte del suo programma "Grandi osservatori". Entro quattro mesi dalla scansione del cielo, CGRO ha chiarito agli astronomi che l'Universo ha subito parossismi di raggi gamma sporadici e ampiamente distribuiti su una base quasi quotidiana - parossismi causati da eventi cataclismici che lanciano enormi quantità di gamma e altre radiazioni ad alta energia attraverso il abisso dello spazio-tempo.
Ma la CGRO aveva un limite principale: sebbene potesse rilevare i raggi gamma e avvisare rapidamente gli astronomi, non era particolarmente preciso su dove si sarebbero verificati tali eventi nello spazio. A causa di questo ampio "cerchio degli errori", gli astronomi non sono stati in grado di localizzare la luce visibile "afterglow" di tali eventi. Nonostante questa limitazione, CGRO ha continuato a rilevare centinaia di fonti di raggi gamma continue, periodiche ed episodiche - tra cui supernove, pulsar, buchi neri, quasar e persino la Terra stessa! Nel frattempo CGRO scoprì anche qualcosa di inaspettato - alcune pulsar agivano come trasmettitori a banda stretta di raggi gamma senza accompagnare la luce visibile - e in ciò il primo senso dell'astronomo di GRB "oscuri" da parte dell'astronomo.
Oggi sappiamo che le "pulsar scure" non sono le uniche fonti "scure" di raggi gamma nell'Universo. Gli astronomi hanno determinato che anche una piccola parte di GRB episodici (una sola volta) hanno poca luce visibile e, come chiunque solleticato dall'insolito e inspiegabile, vogliono sapere perché. In effetti i GRB sono così unici che gli appassionati possono spesso essere ascoltati dicendo "Quando hai visto un GRB, hai visto un GRB".
Il primo satellite a semplificare il rilevamento ottico dei bagliori posteriori GRB è stato BeppoSAX. Sviluppato dall'Agenzia Spaziale Italiana a metà degli anni '90, BeppoSAX è stato lanciato da Cape Canaveral il 30 aprile 1996 e ha continuato a rilevare e individuare fonti di emissione di raggi X fino al 2002. La cerchia degli errori di BeppoSax era abbastanza piccola da consentire agli astronomi ottici di rintracciare rapidamente molti GRB afterglows per uno studio dettagliato della luce visibile usando strumenti terrestri.
BeppoSAX è rientrato nell'atmosfera terrestre il 29 aprile 2003, ma a quel punto il rimpiazzo della NASA (HETE-2 High Explorer Transient Explorer-2) era già da diversi anni in stazione in orbita terrestre bassa. Instrument's on HETE-2 (la sua prima incarnazione HETE non è riuscita a separarsi dal terzo stadio del suo razzo Pegasus nel 1996) ha ampliato il raggio di rilevamento dei raggi X e fornito cerchi di errore ancora più stretti - proprio ciò di cui gli astronomi avevano bisogno per migliorare il tempo di risposta in localizzazione dei postluminescenza GRB.
Due anni e qualche mese dopo (lunedì 19 agosto 2002) HETE-2 emise campane e fischi mentre una forte sorgente di raggi gamma veniva rilevata da qualche parte vicino alla testa della costellazione Pesci dei pesci. Quell'evento (designato GRB 020819) ha fatto sì che una serie di osservatori astronomici iniziasse a catturare radiofrequenza, vicino infrarosso e fotoni di luce visibile nel tentativo di determinare esattamente dove si è verificato l'evento e aiutare a dare un senso al fenomeno che lo guida.
Secondo l'articolo "The Radio Afterglow e Host Galaxy of the Dark GRB 020819", pubblicato il 2 maggio 2005 da un team internazionale di investigatori (tra cui Pall Jakobsson dell'Istituto Niels Bohr, Copenaghen, Danimarca, che ha testato questo articolo), entro 4 ore dal il rilevamento del telescopio da 1 metro Siding Spring Observatory (SSO) in Australia è stato trasformato in una regione dello spazio inferiore a 1/7 del diametro apparente della Luna. 13 ore dopo, un secondo strumento leggermente più grande: l'unità P60 da 1,5 metri sul monte. Palomar - si unì anche all'inseguimento. Nessuno dei due strumenti - nonostante catturasse la luce debole come la magnitudine 22 - catturò qualcosa di insolito per quella regione di spazio. Tuttavia, una grande ed estremamente fotogenica galassia a spirale di 19,5 magnitudini faccia a faccia cadde alla perfezione nei loro strumenti.
Quindici giorni dopo, lo strumento Keck ESI da 10 metri su Mauna Kea, nelle Hawaii, ha ripreso la stessa regione in luce blu e rossa fino a magnitudo 26,9. A questa profondità ottica, si poteva vedere un distinto "blob" di 24a magnitudine (sospettato di essere una regione di formazione stellare HII) 3 secondi d'arco a nord della galassia a spirale. Un tentativo finale di rilevare qualcosa di più è stato fatto il 1 ° gennaio 2003, usando nuovamente il misuratore Keck 10. Nessun cambiamento è stato visto nella luce ottica proveniente dalla regione di GRB 020819. Tutto ciò ha confermato che nessun bagliore visibile ha accompagnato l'esplosione dei raggi gamma rilevata da HETE-2 circa 134 giorni prima. Il team investigativo ha avuto il suo "lampo di raggi gamma oscuri". Più tardi sarebbe arrivato il compito di capire quale diamine fosse - o almeno non lo era ...
Periodicamente durante il ciclo di ispezione ottica e del vicino infrarosso, la regione dell'esplosione veniva monitorata con frequenze di onde radio. Utilizzando il VLA (Very Large Array - composto da 27 piatti da 25 metri configurati a Y situati a cinquanta miglia a ovest di Socorro, nel Nuovo Messico), il team è riuscito a catturare una scia scemante di radiazioni di 8,48 Ghz e ha identificato il suo locale.
Le prime onde radio da GRB 020819 sono state raccolte 1,75 giorni dopo l'allerta HETE-2. Di giorno 157, i livelli di energia RF si sono appiattiti al punto in cui la fonte non poteva più essere vista con fiducia. Tuttavia, a quel punto, la sua posizione era stata individuata nel "blob" tre secondi d'arco a nord del nucleo della galassia a spirale precedentemente inesplorata. Sfortunatamente - a causa della sua debolezza - la distanza dalla macchia stessa non può essere determinata in modo spettrografico - tuttavia la galassia è stata trovata a circa 6,2 BLY di distanza e gode di "alta fiducia" in termini di relazione con la fonte.
Come risultato di tali ricerche, gli astronomi stanno ora imparando sempre di più su una classe di eventi cataclismici che si traducono in flussi massicci di fotoni ad alta e bassa energia mentre saltano quasi completamente le frequenze intermedie - come ultravioletti, visibili e vicino all'infrarosso della luce. C'è qualcosa che potrebbe spiegare questo?
Sulla base dell'apprendimento di GRB 020819, il team ha esplorato tre modelli di shock di palla di fuoco su come potrebbero verificarsi GRB oscuri. Dei tre (un'espansione uniforme di gas ad alta energia in un mezzo omogeneo, un'espansione uniforme in un mezzo stratificato e un getto collimato che penetra in entrambi i tipi di mezzo), la migliore misura contro comportamenti GRB 020819 è stata quella di un'espansione uniforme di gas ad alta energia in un mezzo omogeneo di altri gas (un modello proposto per la prima volta dall'astrofisico R. Sari et al nel 1998). La virtù di questo modello di espansione isotropica è (nelle parole del gruppo investigativo) che "solo una modesta quantità di estinzione deve essere invocata" per spiegare l'assenza di luce visibile.
Oltre a restringere la gamma di possibili scenari associati a GRB oscuri, il team ha concluso che “GRB 020819, un esplosione relativamente vicino, è solo uno dei 14 GRB localizzati all'interno (2 minuti d'arco usando) HETE-2 che lo fa non avere un OA segnalato. Ciò supporta la recente proposizione secondo cui la frazione di scoppio oscuro è di gran lunga inferiore a quella precedentemente suggerita, forse anche del 10% ".
Scritto da Jeff Barbour
