Dall'altra parte dell'universo, a circa 7,5 miliardi di anni luce di distanza, una stella morente ha rilasciato alcuni degli astronomi di luce a più alta energia che abbia mai visto. E queste particelle di luce, o fotoni, stanno aiutando gli astronomi a capire come queste particelle vengono potenziate a energie così estreme.
Gli astronomi hanno scoperto i fotoni ad alta energia mentre stavano guardando un evento chiamato scoppio di raggi gamma, o GRB. Pensato per il risultato della collisione di stelle di neutroni o del collasso di una stella massiccia, scoppiano improvvisi lampi di raggi gamma, a volte solo per una frazione di secondo. Una di queste esplosioni fugaci può rilasciare più energia di quella che il sole genererebbe per tutta la sua vita. Questi eventi sono difficili da cogliere, ma un bagliore segue lo scoppio. La luce del bagliore è più fioca ma dura più a lungo, consentendo agli astronomi di misurarla in dettaglio.
Il 14 gennaio 2019, uno di questi lampi di raggi gamma, chiamato GRB 190114C, è stato scoperto da due telescopi spaziali attraverso un sistema automatizzato. Entro 22 secondi, gli astronomi sulla Terra hanno diretto i loro telescopi terrestri per misurare il bagliore successivo all'evento.
"Abbiamo cercato per più di 20 anni", Razmik Mirzoyan, il portavoce dei telescopi Cherenkov di grande impatto atmosferico (MAGIC) collaborazione e coautore del nuovo studio, ha dichiarato a Live science. Che sono riusciti a trovarlo, ha detto Mirzoyan, "non è stata una semplice fortuna, è solo perseveranza".
In termini astronomici, l'evento è stato relativamente vicino, il che ha permesso agli astronomi di misurare il bagliore finale su una vasta gamma di lunghezze d'onda. Nei successivi 10 giorni, gli scienziati hanno raccolto dati da sei satelliti e 15 telescopi terrestri che hanno rilevato radiazioni in lunghezze d'onda che vanno dalla radio alla luce ultravioletta.
Analizzando le misurazioni dalle prime decine di secondi dopo lo scoppio, gli astronomi hanno trovato fotoni con energie di trilioni di elettronvolt, ovvero trilioni di volte l'energia dei fotoni tipici provenienti dal sole.
Mentre fotoni con energie superiori a 1 trilione di elettroni volt sono stati rilevati prima di altre fonti astrofisiche come i resti di supernovae, nessuno era noto per aver avuto origine da un GRB.
I dati a lunghezza multi-onda hanno aiutato gli astronomi a stabilire come le particelle erano energizzate. I fotoni a bassa energia erano stati rilasciati da particelle che si muovevano a spirale attorno ai campi magnetici in un processo noto come radiazione di sincrotrone. Al contrario, i fotoni da record ad altissima energia sono stati accelerati attraverso le collisioni con elettroni ad alta energia - una variazione su un meccanismo che gli scienziati chiamano scattering inverso-Compton. I risultati confermano le teorie sui GRB e aiutano gli astronomi a comprendere la fisica di questi bizzarri scoppi.
"Dopo oltre 50 anni dalla prima scoperta dei GRB, molti dei loro aspetti fondamentali rimangono ancora misteriosi", ha dichiarato Mirzoyan in una nota. "La scoperta dell'emissione di raggi gamma da GRB 190114C ... mostra che le esplosioni di GRB sono persino più potenti di quanto si pensasse prima."
Mentre gli astronomi hanno cercato a lungo tali fotoni ad alta energia, il GRB 190114C non è stato un evento raro - solo uno che è difficile da catturare. Grazie a telescopi come MAGIC e il sistema stereoscopico ad alta energia (H.E.S.S.), che sono progettati per rilevare raggi gamma ad alta energia e sistemi automatizzati per rilevare GRB iniziali, gli scienziati si aspettano di catturare più tali fotoni ad alta energia in futuro.
"Stiamo entrando in una nuova era di scoperta di fotoni ad altissima energia", ha detto a Live Science in una e-mail Bing Zhang, un astrofisico dell'Università del Nevada, a Las Vegas, che non era coinvolto nel nuovo studio. "Dato che nel regime delle alte energie si prevede una fisica ricca, queste osservazioni porteranno sicuramente eccitazione negli anni a venire."
I nuovi risultati sono stati pubblicati il 20 novembre sulla rivista Nature.
