Secondo l'astronomo Andrew Levan, c'è un vecchio adagio nello studio dei lampi di raggi gamma: "Quando hai visto scoppiare un raggio gamma, hai visto ... solo un raggio gamma. Essi non sono lo stesso ", ha detto durante un briefing stampa del 16 aprile, discutendo della scoperta di un tipo molto diverso di GRB - un tipo che arriva in un nuovo sapore di lunga durata.
Tre di queste insolite esplosioni stellari di lunga durata sono state recentemente scoperte usando il satellite Swift e altri telescopi internazionali, e uno, chiamato GRB 111209A, è il GRB più lungo mai osservato, con una durata di almeno 25.000 secondi, o circa 7 ore.
"Abbiamo osservato il più lungo scoppio di raggi gamma nella storia moderna e pensiamo che questo evento sia causato dalla morte di un supergigante blu", ha affermato Bruce Gendre, un ricercatore ora associato al Centro nazionale francese per la ricerca scientifica che ha condotto questo studio durante il Science Data Center dell'Agenzia Spaziale Italiana a Frascati, Italia. "Ha causato la più potente esplosione stellare della storia recente, e probabilmente da quando si è verificato il Big Bang."
Gli astronomi hanno affermato che questi tre GRB rappresentano una classe precedentemente non riconosciuta di queste esplosioni stellari, che derivano dalle morti catastrofiche di stelle supergiganti centinaia di volte più grandi del nostro Sole. I GRB sono le esplosioni più luminose e misteriose dell'Universo. Le esplosioni emettono ondate di raggi gamma - la forma più potente di luce - così come i raggi X e producono bagliori che possono essere osservati alle energie ottiche e radio.
Swift, il telescopio Fermi e altri veicoli spaziali rilevano una media di circa un GRB ogni giorno. Per quanto riguarda il motivo per cui questo tipo di GRB non è stato rilevato prima, Levan ha spiegato che questo nuovo tipo sembra essere difficile da trovare a causa della durata.
"I telescopi a raggi gamma di solito rilevano un picco rapido e tu cerchi uno scoppio - a quanti raggi gamma provengono dal cielo", ha detto Levan a Space Magazine. “Ma questi nuovi GRB producono energia per un lungo periodo di tempo, oltre 10.000 secondi anziché i soliti 100 secondi. Poiché è distribuito, è più difficile da individuare e solo dal lancio di Swift abbiamo la possibilità di creare immagini di GBS nel cielo. Per rilevare questo nuovo tipo, devi aggiungere tutta la luce per un lungo periodo di tempo. "
Levan è un astronomo all'Università di Warwick a Coventry, in Inghilterra.
Ha aggiunto che questi GRB di lunga durata erano probabilmente più comuni nel passato dell'Universo.
Tradizionalmente, gli astronomi hanno riconosciuto due tipi di GRB: corto e lungo, basato sulla durata del segnale dei raggi gamma. Le raffiche brevi durano due secondi o meno e si pensa che rappresentino una fusione di oggetti compatti in un sistema binario, con i sospetti più probabili che siano stelle di neutroni e buchi neri. I GRB lunghi possono durare da alcuni secondi a diversi minuti, con durate tipiche comprese tra 20 e 50 secondi. Si pensa che questi eventi siano associati al collasso di una stella molte volte la massa del Sole e alla conseguente nascita di un nuovo buco nero.
"È un processo molto casuale e ogni GRB sembra molto diverso", ha detto Levan durante il briefing. “Hanno tutti una serie di durate e una gamma di energie. Ci vorrà un campione molto più grande per vedere se questo nuovo tipo ha più complessità rispetto ai normali lampi di raggi gamma. "
Tutti i GRB danno origine a potenti getti che spingono la materia quasi alla velocità della luce in direzioni opposte. Mentre interagiscono con la materia dentro e intorno alla stella, i getti producono un picco di luce ad alta energia.
Gendre e i suoi colleghi hanno fatto uno studio dettagliato del GRB 111209A, che è scoppiato il 9 dicembre 2011, utilizzando i dati dei raggi gamma dallo strumento Konus sul veicolo spaziale Wind della NASA, osservazioni a raggi X da Swift e il satellite XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea e dati ottici dall'osservatorio robotico TAROT a La Silla, in Cile. L'esplosione di 7 ore è di gran lunga il GRB di maggiore durata mai registrato.
Un altro evento, GRB 101225A, è esploso il 25 dicembre 2010 e ha prodotto emissioni ad alta energia per almeno due ore. Successivamente soprannominato lo "scoppio di Natale", la distanza dell'evento era sconosciuta, il che ha portato due squadre ad arrivare a interpretazioni fisiche radicalmente diverse. Un gruppo ha concluso che l'esplosione è stata causata da un asteroide o da una cometa che cade su una stella di neutroni all'interno della nostra galassia. Un altro team ha stabilito che lo scoppio è stato il risultato di un evento di fusione in un esotico sistema binario situato a circa 3,5 miliardi di anni luce di distanza.
"Ora sappiamo che lo scoppio del Natale è avvenuto molto più lontano, più della metà dell'universo osservabile, e di conseguenza è stato molto più potente di quanto immaginassero questi ricercatori", ha detto Levan.
Usando il Gemini North Telescope alle Hawaii, Levan e il suo team hanno ottenuto uno spettro della debole galassia che ha ospitato lo scoppio del Natale. Ciò ha permesso agli scienziati di identificare le linee di emissione di ossigeno e idrogeno e determinare quanto queste linee sono state spostate a energie inferiori rispetto al loro aspetto in un laboratorio. Questa differenza, nota agli astronomi come spostamento verso il rosso, fa scoppiare circa 7 miliardi di anni luce di distanza.
Il team di Levan ha anche esaminato 111209A e il più recente scoppiato 121027A, che è esploso il 27 ottobre 2012. Tutti mostrano raggi X simili, ultravioletti e emissioni ottiche e tutti sono nati dalle regioni centrali di galassie compatte che stavano attivamente formando stelle. Gli astronomi hanno concluso che tutti e tre i GRB costituiscono un nuovo tipo di GRB, che chiamano esplosioni "ultra-lunghe".
"I GRB ultra lunghi derivano da stelle molto grandi", ha detto Levan, "forse grande quanto l'orbita di Giove. Poiché il materiale che cade sul buco nero dal bordo della stella deve ulteriormente cadere, ci vuole più tempo per arrivarci. Perché ci vuole più tempo per arrivarci, alimenta il jet per un tempo più lungo, dandogli il tempo di uscire dalla stella. "
Levan ha affermato che le stelle di Wolf-Rayet si adattano meglio alla descrizione. "Sono nati con oltre 25 volte la massa del Sole, ma bruciano così caldi da scacciare il loro strato più profondo e più esterno di idrogeno come un deflusso che chiamiamo un vento stellare", ha detto. Eliminando l'atmosfera della stella si lascia un oggetto abbastanza massiccio da formare un buco nero ma abbastanza piccolo da consentire ai getti di particelle di perforarsi fino in fondo in tempi tipici di GRB lunghi
John Graham e Andrew Fruchter, entrambi astronomi dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, hanno fornito dettagli sul fatto che questi supergiganti blu contengono quantità relativamente modeste di elementi più pesanti dell'elio, che gli astronomi chiamano metalli. Questo si adatta a un apparente pezzo di puzzle, che questi GRB ultra lunghi sembrano avere una forte preferenza intrinseca per ambienti a bassa metallizzazione che contengono solo tracce di elementi diversi da idrogeno ed elio.
"Esistono GRB di lunga durata ad alta metallicità ma sono rari", ha affermato Graham. “Si verificano a circa 1/25 del tasso (per unità di formazione stellare) degli eventi di bassa metallicità. Questa è una buona notizia per noi qui sulla Terra, poiché la probabilità che questo tipo di GRB si stacchi nella nostra galassia è molto meno di quanto si pensasse in precedenza. "
Gli astronomi hanno discusso delle loro scoperte martedì al simposio di scoppio di raggi gamma Huntsville del 2013 a Nashville, in Tennessee, un incontro sponsorizzato in parte dall'Università dell'Alabama a Huntsville e dalle missioni del telescopio spaziale Swift e Fermi della NASA. I risultati di Gendre compaiono nell'edizione del 20 marzo di The Astrophysical Journal.
Articolo: "Il raggio gamma ultra lungo 111209A: il crollo di un supergiant blu?" B. Genre et al.
Articolo: "The Metal Aversion of LGRBs". J. F. Graham e A. S. Fruchter.
Fonti: Teleconferenza, NASA, Università di Warwick, CNRS
