Le esplosioni di raggi gamma sono tra gli eventi più potenti dell'universo, innescati quando le stelle muoiono in enormi esplosioni o quando si fondono in ... enormi esplosioni.
Quando si verificano queste violente esplosioni cosmiche, si comportano come fari cosmici, rilasciando fasci di una parte della luce più luminosa dell'universo, insieme a un flusso di neutrini, quelle particelle sottili e simili a fantasmi che scivolano nell'universo quasi completamente non rilevate.
Chiaramente, non vorresti essere esposto a una di queste esplosioni di energia mortali che friggono il DNA. Ma i fisici erano soliti pensare che i lampi di raggi gamma fossero pericolosi solo se si trovava sullo stretto sentiero di uno dei getti provenienti dall'esplosione. Sfortunatamente, un nuovo studio aggiornato sul database di arXiv il 29 novembre (ma non ancora sottoposto a revisione paritaria) suggerisce che queste eruzioni sono cattive notizie dappertutto e possono inviare raggi mortali ad un angolo molto più ampio di quanto si pensasse in precedenza.
Fabbriche di raggi gamma cosmici
Nel corso dei decenni, gli astronomi hanno identificato due tipi di lampi di raggi gamma celesti (chiamati in breve GRB): quelli lunghi che durano più di 2 secondi (fino a diversi minuti) e quelli brevi che durano meno di 2 secondi. Non siamo esattamente sicuri di cosa causi i GRB nello spazio, ma si pensa che quelli lunghi vengano prodotti quando le stelle più grandi del nostro universo si estinguono in esplosioni di supernova, lasciando dietro di sé stelle di neutroni o buchi neri. Una morte cataclismica del genere rilascia enormi quantità di energia in un lampo relativo e voilà! Scoppi di raggi gamma.
I GRB brevi, d'altra parte, si pensa provengano da un meccanismo completamente diverso: la fusione di due stelle di neutroni. Questi eventi non sono così potenti come i loro cugini di supernova, ma provocano abbastanza caos a livello locale da produrre un lampo di raggi gamma.
All'interno di un motore a reazione
Tuttavia, quando le stelle di neutroni si scontrano, è una cosa brutta. Ogni stella di neutroni pesa diverse volte la massa del sole terrestre, ma quella massa viene compressa in una sfera non più ampia di una città tipica. Al momento dell'impatto tra due di questi oggetti, si stanno orbitando ferocemente a vicenda a una sana frazione della velocità della luce.
Successivamente, le stelle di neutroni si fondono per formare una stella di neutroni più grande o, se le condizioni sono giuste, un buco nero, lasciando dietro di sé una scia di distruzione e detriti dal cataclisma precedente. Questo anello di materia collassa sul cadavere dell'ex stella di neutroni, formando quello che è noto come un disco di accrescimento. Nel caso di un buco nero appena formato, questo disco alimenta il mostro nel cuore del cumulo di rottami a una velocità fino a pochi soli di gas al secondo.
Con tutta l'energia e il materiale che turbinano e si riversano nel centro del sistema, una danza complicata (e mal compresa) di forze elettriche e magnetiche avvolge il materiale e lancia getti di quella materia su e lontano dal nucleo, lungo l'asse di rotazione dell'oggetto centrale e nel sistema circostante. Se questi getti sfondano, appaiono come giganteschi proiettori che si allontanano dalla collisione. E quando quei proiettori puntano verso la Terra, riceviamo un impulso di raggi gamma.
Ma quei getti sono relativamente stretti, e fintanto che non vedi il GRB frontalmente, non dovrebbe essere così pericoloso, giusto? Non così in fretta.
Fabbrica di neutrini
Si scopre che i getti si formano e si allontanano dal sito della fusione della stella di neutroni in modo complicato e disordinato. Le nuvole di gas si attorcigliano e si aggrovigliano, e i flussi di radiazione e materiale lontano dal buco nero centrale non arrivano in una linea ordinata e ordinata.
Il risultato è un caos totale e distruttivo.
Nel nuovo studio, una coppia di astrofisici ha esplorato i dettagli di questi sistemi dopo l'evento di collisione. I ricercatori hanno prestato molta attenzione al comportamento di enormi nuvole di gas mentre inciampano su se stessi nella fuga alimentata dai getti in fuga.
A volte, queste nuvole di gas si scontrano tra loro, formando onde d'urto che possono accelerare e alimentare i propri gruppi di radiazioni e particelle ad alta energia, note come raggi cosmici. Questi raggi, costituiti da protoni e altri nuclei pesanti, ottengono abbastanza energia per accelerare quasi alla velocità della luce, quindi possono unirsi temporaneamente per produrre combinazioni esotiche e rare di particelle, come i pioni.
I pioni quindi rapidamente decadono in docce di neutrini, minuscole particelle che inondano l'universo ma quasi mai interagiscono con altra materia. E poiché questi neutrini sono prodotti al di fuori della stretta regione del getto che si allontana dal GRB stesso, possono essere visti anche quando non otteniamo il pieno scoppio dei raggi gamma.
I neutrini stessi sono un segno che reazioni nucleari feroci e mortali stanno accadendo più lontano dal centro dei getti. Non sappiamo ancora fino a che punto si estenda la zona pericolosa, ma meglio prevenire che curare.
Quindi, in sintesi: non andare da nessuna parte vicino allo scontro di stelle di neutroni.
Paul M. Sutter è un astrofisico aLa Ohio State University, ospite diChiedi a un astronauta eSpace Radioe autore diIl tuo posto nell'universo.
