Credito d'immagine: ESO
Le esplosioni di raggi gamma sono alcune delle più grandi esplosioni dell'Universo; si può generare più energia in pochi secondi di quanto il Sole crei in 10 miliardi di anni. Si ritiene che siano causati dal collasso di una stella super massiccia, chiamata ipernova. Gli astronomi dell'Osservatorio europeo meridionale hanno seguito il bagliore di un recente scoppio utilizzando una tecnica chiamata polarimetria, che consente loro di tracciare la forma dell'esplosione. Se fosse stata un'esplosione sferica, la luce avrebbe una polarità casuale, ma hanno scoperto che il gas fuoriesce in getti che si allargano nel tempo.
Le "esplosioni di raggi gamma (GRB)" sono certamente tra gli eventi più drammatici noti in astrofisica. Questi brevi lampi di raggi gamma energici, rilevati per la prima volta alla fine degli anni '60 dai satelliti militari, durano da meno di un secondo a diversi minuti.
È stato scoperto che i GRB sono situati a distanze estremamente grandi ("cosmologiche"). L'energia rilasciata in pochi secondi durante un simile evento è più grande di quella del Sole durante la sua intera vita di oltre 10.000 milioni di anni. I GRB sono in effetti gli eventi più potenti dal Big Bang conosciuto nell'Universo, cfr. ESO PR 08/99 e ESO PR 20/00.
Durante gli anni passati sono emerse prove circostanziali che i GRB segnalano il crollo di stelle estremamente massicce, le cosiddette ipernovae. Ciò è stato finalmente dimostrato alcuni mesi fa quando gli astronomi, usando lo strumento FORS sul Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, hanno documentato in dettaglio senza precedenti i cambiamenti nello spettro della sorgente luminosa ("il bagliore ottico") del raggio gamma hanno fatto scoppiare il GRB 030329 (cfr. ESO PR 16/03). In questa occasione è stato fornito un collegamento conclusivo e diretto tra esplosioni cosmologiche di raggi gamma ed esplosioni di stelle molto massicce.
Gamma-Ray Burst GRB 030329 è stato scoperto il 29 marzo 2003 dal veicolo spaziale NASA High Energy Transient Explorer. Le osservazioni di follow-up con lo spettrografo UVES sul telescopio VLT KUEYEN da 8,2 m presso l'Osservatorio Paranal (Cile) hanno mostrato che lo scoppio ha avuto uno spostamento verso il rosso di 0,1685 [1]. Ciò corrisponde a una distanza di circa 2.650 milioni di anni luce, rendendo GRB 030329 il secondo GRB di lunga durata più vicino mai rilevato. La vicinanza di GRB 030329 ha provocato un'emissione di bagliore molto luminosa, permettendo fino ad oggi le più ampie osservazioni di follow-up di qualsiasi bagliore.
Un team di astronomi [2] guidato da Jochen Greiner del Max-Planck-Institut f? R extraterrestrische Physik (Germania) ha deciso di sfruttare questa opportunità unica per studiare le proprietà di polarizzazione del bagliore successivo di GRB 030329 mentre si sviluppava dopo il esplosione.
Le ipernova, la fonte dei GRB, sono davvero così lontane che possono essere viste solo come punti di luce irrisolti. Per sondare la loro struttura spaziale, gli astronomi devono quindi fare affidamento su un trucco: la polarimetria (vedi ESO PR 23/03).
La polarimetria funziona come segue: la luce è composta da onde elettromagnetiche che oscillano in determinate direzioni (piani). La riflessione o la dispersione della luce favorisce alcuni orientamenti dei campi elettrici e magnetici rispetto ad altri. Ecco perché gli occhiali da sole polarizzanti possono filtrare il luccichio della luce solare che si riflette su uno stagno.
La radiazione in un lampo di raggi gamma viene generata in un campo magnetico ordinato, come la cosiddetta radiazione di sincrotrone [3]. Se l'ipernova è sfericamente simmetrica, tutti gli orientamenti delle onde elettromagnetiche saranno ugualmente presenti e avranno una media, quindi non vi sarà alcuna polarizzazione netta. Se, tuttavia, il gas non viene espulso simmetricamente, ma in un getto, una leggera polarizzazione netta verrà impressa sulla luce. Questa polarizzazione netta cambierà con il tempo poiché l'angolo di apertura del getto si allarga con il tempo e vediamo una frazione diversa del cono di emissione.
Lo studio delle proprietà di polarizzazione del bagliore successivo di un lampo di raggi gamma consente quindi di acquisire conoscenze sulle strutture spaziali sottostanti e sulla forza e l'orientamento del campo magnetico nella regione in cui viene generata la radiazione. "E farlo per un lungo periodo di tempo, mentre il bagliore si attenua e si evolve, ci fornisce uno strumento diagnostico unico per gli studi di scoppio di raggi gamma", afferma Jochen Greiner.
Sebbene esistano precedenti singole misurazioni della polarizzazione del bagliore ottico del GRB, non è mai stato effettuato uno studio dettagliato sull'evoluzione della polarizzazione nel tempo. Questo è davvero un compito molto impegnativo, possibile solo con uno strumento estremamente stabile sul più grande telescopio ... e un bagliore ottico luminoso sufficiente.
Non appena è stato rilevato GRB 030329, il team di astronomi si è quindi rivolto al potente strumento FORS1 multimodale sul telescopio VLT ANTU. Hanno ottenuto 31 osservazioni polarimetriche per un periodo di 38 giorni, consentendo loro di misurare, per la prima volta, i cambiamenti della polarizzazione di un raggio gamma ottico che ha scoppiato il bagliore nel tempo. Questo insieme unico di dati osservativi documenta le modifiche fisiche nell'oggetto remoto con dettagli insuperabili.
I loro dati mostrano la presenza di polarizzazione tra lo 0,3 e il 2,5% per tutto il periodo di 38 giorni con una significativa variabilità di forza e orientamento su scale temporali fino a ore. Questo particolare comportamento non è stato previsto da nessuna delle principali teorie.
Sfortunatamente, la curva della luce molto complessa di questo bagliore GRB, di per sé non compresa, impedisce un'applicazione diretta dei modelli di polarizzazione esistenti. "Si scopre che derivare la direzione del getto e la struttura del campo magnetico non è così semplice come pensavamo inizialmente", osserva Olaf Reimer, un altro membro del team. "Ma i rapidi cambiamenti delle proprietà di polarizzazione, anche durante le fasi lisce della curva della luce del bagliore, rappresentano una sfida alla teoria del bagliore".
"Forse", aggiunge Jochen Greiner, "il livello complessivo basso di polarizzazione indica che la forza del campo magnetico nelle direzioni parallele e perpendicolari non differisce di oltre il 10%, suggerendo quindi un campo fortemente accoppiato con il materiale in movimento. Questo è diverso dal campo su larga scala che è rimasto dalla stella che esplode e che si pensa produca l'alto livello di polarizzazione nei raggi gamma. "
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
