Credito d'immagine: ESO
Il 29 marzo 2003, l'Explorer Transient ad alta energia della NASA ha rilevato uno scoppio luminoso di raggi gamma e poco dopo i telescopi di tutto il mondo si sono concentrati sull'oggetto; ora chiamato GRB 030329 e misurato a 2,6 miliardi di anni luce di distanza. Misurando il bagliore successivo dell'esplosione, gli astronomi hanno capito che corrisponde allo spettro di una ipernova - esplosioni di stelle estremamente grandi, almeno 25 volte più grandi del nostro Sole. Abbinando gli spettri, gli astronomi hanno prove convincenti che esiste una connessione tra i lampi di raggi gamma e le esplosioni di stelle molto grandi.
Una esplosione molto intensa di raggi gamma è stata osservata il 29 marzo 2003 dall'esploratore di transitori ad alta energia della NASA (HETE-II), in una regione del cielo all'interno della costellazione del Leone.
Entro 90 minuti, una nuova sorgente di luce molto luminosa (il "bagliore ottico") è stata rilevata nella stessa direzione per mezzo di un telescopio da 40 pollici al Siding Spring Observatory (Australia) e anche in Giappone. L'esplosione di raggi gamma fu designata GRB 030329, secondo la data.
E entro 24 ore, un primo spettro molto dettagliato di questo nuovo oggetto è stato ottenuto dallo spettrografo UVES ad alta dispersione sul telescopio VLT KUEYEN da 8,2 m presso l'Osservatorio Paranal dell'ESO (Cile). Ha permesso di determinare la distanza in circa 2.650 milioni di anni luce (spostamento rosso 0.1685).
Le continue osservazioni con gli strumenti multimodali FORS1 e FORS2 sulla VLT durante il mese successivo hanno permesso a un team internazionale di astronomi [1] di documentare in dettaglio senza precedenti i cambiamenti nello spettro del bagliore ottico di questo lampo di raggi gamma. Il loro rapporto dettagliato appare nel numero del 19 giugno della rivista di ricerca "Nature".
Gli spettri mostrano l'emersione graduale e chiara di uno spettro di supernova della classe più energetica conosciuta, una "ipernova". Ciò è causato dall'esplosione di una stella molto pesante - presumibilmente oltre 25 volte più pesante del Sole. La velocità di espansione misurata (superiore a 30.000 km / sec) e l'energia totale rilasciata erano eccezionalmente elevate, anche all'interno della classe degli hypernova eletti.
Dal confronto con le ipernove più vicine, gli astronomi sono in grado di fissare con buona precisione il momento dell'esplosione stellare. Risulta essere entro un intervallo di più / meno due giorni dall'esplosione di raggi gamma. Questa conclusione unica fornisce prove convincenti che i due eventi sono direttamente collegati.
Queste osservazioni indicano quindi un processo fisico comune dietro l'esplosione dell'ipernova e l'emissione associata di una forte radiazione di raggi gamma. Il team conclude che è probabile che sia dovuto al collasso quasi istantaneo e non simmetrico della regione interna di una stella altamente sviluppata (noto come modello "collapsar").
L'esplosione di raggi gamma del 29 marzo passerà agli annali dell'astrofisica come un raro "evento che definisce il tipo", fornendo prove conclusive di un legame diretto tra esplosioni di raggi gamma cosmologici ed esplosioni di stelle molto massicce.
Cosa sono i lampi di raggi gamma?
Uno dei campi attualmente più attivi dell'astrofisica è lo studio degli eventi drammatici noti come "lampi di raggi gamma (GRB)". Furono rilevati per la prima volta alla fine degli anni '60 da strumenti sensibili a bordo di satelliti militari in orbita, lanciati per la sorveglianza e il rilevamento di test nucleari. Originari, non sulla Terra, ma lontani nello spazio, questi brevi lampi di raggi gamma energetici durano da meno di un secondo a diversi minuti.
Nonostante i grandi sforzi osservativi, è solo negli ultimi sei anni che è diventato possibile individuare con precisione i siti di alcuni di questi eventi. Con il prezioso aiuto di osservazioni posizionali relativamente accurate dell'emissione di raggi X associata da parte di vari osservatori satellitari a raggi X dall'inizio del 1997, gli astronomi hanno finora identificato una cinquantina di fonti di luce ottica di breve durata associate ai GRB (i "bagliori ottici" ).
È stato riscontrato che la maggior parte dei GRB si trova a distanze estremamente "cosmologiche". Ciò implica che l'energia rilasciata in pochi secondi durante tale 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 enormi stelle. Questo era originariamente basato sulla probabile associazione di un insolito scoppio di raggi gamma con una supernova ("SN 1998bw", scoperto anche con i telescopi ESO, cfr. ESO PR 15/98). Da allora sono emersi altri indizi, tra cui l'associazione di GRB con regioni di formazione stellare massiccia in galassie distanti, allettante evidenza di "dossi" di curve di luce simili a supernova nei bagliori ottici di alcune esplosioni precedenti e firme spettrali da elementi appena sintetizzati , osservato dagli osservatori di raggi X.
Osservazioni VLT di GRB 030329
Il 29 marzo 2003 (esattamente alle 11: 37: 14.67 ore UT) l'Explorer Transient High Energy (HETE-II) della NASA ha rilevato un lampo di raggi gamma molto luminoso. Dopo l'identificazione del "bagliore ottico" da parte di un telescopio da 40 pollici al Siding Spring Observatory (Australia), il redshift dell'esplosione [3] è stato determinato come 0,1685 mediante uno spettro ad alta dispersione ottenuto con lo spettrografo UVES sul Telescopio VLT KUEYEN da 8,2 m presso l'Osservatorio Paranal dell'ESO (Cile).
La distanza corrispondente è di circa 2.650 milioni di anni luce. Questo è il GRB normale più vicino mai rilevato, fornendo quindi la tanto attesa opportunità di testare le molte ipotesi e modelli che sono stati proposti dalla scoperta dei primi GRB alla fine degli anni '60.
Con questo obiettivo specifico, il team di astronomi leader dell'ESO [1] ora si è rivolto ad altri due potenti strumenti del Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, la telecamera multimodale FORS1 e FORS2 / spettrografi. Per un periodo di un mese, fino al 1 ° maggio 2003, gli spettri dell'oggetto in dissolvenza sono stati ottenuti a velocità regolare, assicurando un insieme unico di dati osservativi che documentano i cambiamenti fisici nell'oggetto remoto con dettagli insuperabili.
La connessione ipernova
Sulla base di un attento studio di questi spettri, gli astronomi stanno ora presentando la loro interpretazione dell'evento GRB 030329 in un articolo di ricerca apparso sulla rivista internazionale "Nature" giovedì 19 giugno. Con il titolo prosaico "Una supernova molto energetica associata a l'esplosione di raggi gamma del 29 marzo 2003 ", non meno di 27 autori di 17 istituti di ricerca, guidati dall'astronomo danese Jens Hjorth, concludono che ora esistono prove inconfutabili di una connessione diretta tra il GRB e l'esplosione dell '" ipernova "di un stella massiccia, altamente evoluta.
Questo si basa sulla graduale "emergenza" con il tempo di uno spettro di tipo supernova, rivelando l'esplosione estremamente violenta di una stella. Con velocità ben superiori a 30.000 km / sec (ovvero oltre il 10% della velocità della luce), il materiale espulso si muove a velocità record, a testimonianza dell'enorme potenza dell'esplosione.
Le ipernova sono eventi rari e sono probabilmente causati dall'esplosione di stelle del tipo "Wolf-Rayet" [4]. Queste stelle WR erano originariamente formate con una massa superiore a 25 masse solari e consistevano principalmente di idrogeno. Ora nella loro fase WR, dopo essersi spogliati dei loro strati esterni, consistono quasi esclusivamente di elio, ossigeno e elementi più pesanti prodotti dall'intensa combustione nucleare durante la fase precedente della loro breve vita.
"Abbiamo aspettato questo per molto, molto tempo", dice Jens Hjorth, "questo GRB ci ha davvero fornito le informazioni mancanti. Da questi spettri molto dettagliati, possiamo ora confermare che questo scoppio e probabilmente altri lunghi lampi di raggi gamma vengono creati attraverso il collasso centrale di stelle massicce. La maggior parte delle altre teorie principali sono ora improbabili. "
Un "evento che definisce il tipo"
Il suo collega, l'astronomo ESO Palle M? Ller, è ugualmente contento: “Ciò che ci ha veramente colpiti all'inizio è stato il fatto che abbiamo chiaramente rilevato le firme delle supernova già nel primo spettro FORS prese solo quattro giorni dopo che il GRB è stato osservato per la prima volta - non ce lo aspettavamo affatto. Mentre ottenevamo sempre più dati, ci siamo resi conto che l'evoluzione spettrale era quasi completamente identica a quella dell'ipernova vista nel 1998. La somiglianza dei due ci ha poi permesso di stabilire un tempismo molto preciso dell'attuale evento di supernova ”.
Gli astronomi hanno stabilito che l'esplosione di ipernova (indicata con SN 2003dh [2]) documentata negli spettri VLT e l'evento GRB osservato da HETE-II devono essere avvenuti quasi nello stesso momento. Con riserva di ulteriore raffinamento, vi è al massimo una differenza di 2 giorni, e quindi non vi è alcun dubbio che i due siano collegati in modo causale.
"Supernova 1998bw ha stimolato il nostro appetito, ma ci sono voluti altri 5 anni prima di poter dire con sicurezza, abbiamo trovato la pistola fumante che ha inchiodato l'associazione tra GRB e SNe" aggiunge Chryssa Kouveliotou della NASA. "GRB 030329 potrebbe rivelarsi una sorta di" collegamento mancante "per i GRB."
In conclusione, GRB 030329 è stato un raro evento di "definizione del tipo" che verrà registrato come uno spartiacque nell'astrofisica ad alta energia.
Cosa è successo veramente il 29 marzo (o 2.650 milioni di anni fa)?
Ecco la storia completa di GRB 030329, come ora gli astronomi leggono.
Migliaia di anni prima di questa esplosione, una stella molto massiccia, a corto di idrogeno, lasciò perdere gran parte del suo involucro esterno, trasformandosi in una stella bluastra di Wolf-Rayet [3]. I resti della stella contenevano circa 10 masse solari di elio, ossigeno ed elementi più pesanti.
Negli anni prima dell'esplosione, la stella Wolf-Rayet esaurì rapidamente il combustibile residuo. Ad un certo momento, questo ha innescato improvvisamente l'evento di scoppio di ipernova / raggio gamma. Il nucleo è crollato, senza che la parte esterna della stella lo sapesse. Un buco nero si è formato all'interno, circondato da un disco di materia in aumento. In pochi secondi, un getto di materia fu lanciato via da quel buco nero.
Il getto attraversò il guscio esterno della stella e, insieme ai venti vigorosi del nichel-56 radioattivo appena formato che soffiava dal disco interno, frantumò la stella. Questa frantumazione, l'ipernova, brilla brillantemente a causa della presenza di nichel. Nel frattempo, il jet ha arato il materiale in prossimità della stella e ha creato lo scoppio dei raggi gamma che è stato registrato circa 2.650 milioni di anni dopo dagli astronomi sulla Terra. Il meccanismo dettagliato per la produzione di raggi gamma è ancora oggetto di dibattito, ma è collegato alle interazioni tra il getto e la materia precedentemente espulsa dalla stella o alle collisioni interne all'interno del getto stesso.
Questo scenario rappresenta il modello "collapsar", introdotto dall'astronomo americano Stan Woosley (Università della California, Santa Cruz) nel 1993 e un membro del team attuale, e spiega meglio le osservazioni di GRB 030329.
"Questo non significa che il mistero dell'esplosione dei raggi gamma sia ora risolto", afferma Woosley. "Siamo fiduciosi ora che i lunghi scoppi comportino un collasso del nucleo e un'ipernova, probabilmente creando un buco nero. Abbiamo convinto la maggior parte degli scettici. Non possiamo ancora giungere a una conclusione, tuttavia, su ciò che provoca i brevi lampi di raggi gamma, quelli che durano meno di due secondi. "
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
