La sequenza di vita delle stelle, che termina con la formazione di un buco nero. Immagine di credito: Nicolle Rager Fuller / NSF Clicca per ingrandire
Solo poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, una stella massiccia esaurì il suo combustibile, collassò come un buco nero ed esplose quando scoppiò un raggio gamma. La radiazione di questo evento catastrofico ha raggiunto solo ora la Terra e gli astronomi la stanno usando per scrutare i primi momenti dell'Universo. Lo scoppio, chiamato GRB 050904, è stato osservato dal satellite Swift della NASA il 4 settembre 2005. Una cosa insolita di questo scoppio è che è durato per 500 secondi - la maggior parte è finita in una frazione di quel tempo.
Veniva dal margine dell'universo visibile, l'esplosione più lontana mai rilevata.
Nel numero di Nature di questa settimana, gli scienziati della Penn State University e i loro colleghi statunitensi ed europei discutono di come questa esplosione, rilevata il 4 settembre 2005, sia stata il risultato di una massiccia stella che è crollata in un buco nero.
L'esplosione, chiamata esplosione di raggi gamma, proviene da un'era subito dopo la formazione di stelle e galassie, circa 500 milioni a 1 miliardo di anni dopo il Big Bang. L'universo ha ora 13,7 miliardi di anni, quindi l'esplosione di settembre funge da sonda per studiare le condizioni dell'universo primordiale.
"Questa è stata una grande stella che ha vissuto in fretta e è morto giovane", ha dichiarato David Burrows, scienziato senior e professore di astronomia e astrofisica a Penn State, co-autore di uno dei tre rapporti su questa esplosione pubblicati questa settimana su Nature. "Questa stella era probabilmente abbastanza diversa dal tipo che vediamo oggi, il tipo che avrebbe potuto esistere solo nell'universo primordiale".
L'esplosione, denominata GRB 050904 dopo la data in cui è stata individuata, è stata rilevata dal satellite Swift della NASA, che è gestito da Penn State. Swift ha fornito le coordinate di scoppio in modo che altri satelliti e telescopi terrestri potessero osservare lo scoppio. Le raffiche di solito durano solo 10 secondi, ma il bagliore persisterà per alcuni giorni.
Il GRB 050904 ha avuto origine 13 miliardi di anni luce dalla Terra, il che significa che si è verificato 13 miliardi di anni fa, perché ci è voluto tanto tempo prima che la luce ci raggiungesse. Gli scienziati hanno rilevato solo pochi oggetti a più di 12 miliardi di anni luce di distanza, quindi l'esplosione è estremamente importante per comprendere l'universo oltre la portata dei più grandi telescopi.
"Poiché lo scoppio era più luminoso di un miliardo di soli, molti telescopi potevano studiarlo anche da una distanza così grande", ha detto Burrows, la cui analisi si concentra principalmente sui dati Swift dei suoi tre telescopi, coprendo una gamma di raggi gamma, raggi X e lunghezze d'onda ultraviolette / ottiche, rispettivamente. Burrows è lo scienziato principale del telescopio a raggi X di Swift.
Il team Swift ha trovato diverse caratteristiche uniche in GRB 050904. Lo scoppio è durato a lungo, circa 500 secondi, e l'estremità della coda ha mostrato più razzi. Queste caratteristiche implicano che il buco nero appena creato non si è formato all'istante, come alcuni scienziati hanno pensato, ma piuttosto è stato un evento più lungo e caotico.
I burst di raggi gamma più vicini non hanno così tanto bagliori, il che implica che i primi buchi neri potrebbero essersi formati in modo diverso da quelli nell'era moderna, ha detto Burrows. La differenza potrebbe essere perché le prime stelle erano più massicce delle stelle moderne. Oppure, potrebbe essere il risultato dell'ambiente dell'universo primordiale quando le prime stelle iniziarono a convertire l'idrogeno e l'elio (creati nel Big Bang) in elementi più pesanti.
GRB 050904, infatti, mostra cenni di elementi più pesanti coniati di recente, secondo i dati dei telescopi terrestri. Questa scoperta è oggetto di un secondo articolo su Nature di un gruppo giapponese guidato da Nobuyuki Kawai al Tokyo Institute of Technology.
GRB 050904 ha anche mostrato dilatazione del tempo, un risultato della vasta espansione dell'universo durante i 13 miliardi di anni che ci è voluta la luce per raggiungerci sulla Terra. Questa dilatazione fa apparire la luce molto più rossa rispetto a quando è stata emessa durante lo scoppio e altera anche la nostra percezione del tempo rispetto all'orologio interno dello scoppio.
Questi fattori hanno funzionato a favore degli scienziati. Il team di Penn State ha fatto esplodere gli strumenti di Swift circa 2 minuti dopo l'inizio dell'evento. Lo scoppio, tuttavia, si stava evolvendo come se fosse al rallentatore e mancavano solo 23 secondi allo scoppio. Quindi gli scienziati hanno potuto vedere lo scoppio in una fase molto precoce.
Solo un altro oggetto, un quasar, è stato scoperto a una distanza maggiore. Tuttavia, mentre i quasar sono buchi neri supermassicci contenenti la massa di miliardi di stelle, questo scoppio proviene da una sola stella. Il rilevamento di GRB 050904 conferma che stelle massicce si mescolarono ai quasar più antichi. Conferma anche che ancora più esplosioni di stelle distanti - forse dalle prime stelle, dicono i teorici - possono essere studiate attraverso una combinazione di osservazioni con Swift e altri telescopi di classe mondiale.
"Abbiamo progettato Swift per cercare esplosioni deboli provenienti dal margine dell'universo", ha affermato Neil Gehrels del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, il principale investigatore di Swift. "Ora ne abbiamo uno ed è affascinante. Per la prima volta, possiamo apprendere le singole stelle quasi dall'inizio dei tempi. Ce ne sono sicuramente molti altri là fuori. ”
Swift è stato lanciato nel novembre 2004 ed era pienamente operativo entro gennaio 2005. Swift ha tre strumenti principali: il Burst Alert Telescope, il X-ray Telescope e il Ultraviolet / Optical Telescope. Il rivelatore di raggi gamma di Swift, il Burst Alert Telescope, fornisce la rapida posizione iniziale, è stato costruito principalmente dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt e dal laboratorio nazionale di Los Alamos, ed è stato costruito presso GSFC. Il telescopio a raggi X e il telescopio UV / ottico di Swift sono stati sviluppati e costruiti da team internazionali guidati da Penn State e hanno attinto fortemente all'esperienza di ciascuna istituzione con precedenti missioni spaziali. Il telescopio a raggi X è il risultato della collaborazione di Penn State con l'Università di Leicester in Inghilterra e l'Osservatorio astronomico di Brera in Italia. Il telescopio ultravioletto / ottico è il risultato della collaborazione di Penn State con il Mullard Space Science Laboratory dell'University College di Londra. Questi tre telescopi danno a Swift la possibilità di effettuare osservazioni di follow-up quasi immediate della maggior parte dei lampi di raggi gamma poiché Swift può ruotare così rapidamente da puntare verso la sorgente del segnale di raggi gamma.
Fonte originale: Comunicato stampa PSU
