L'impressione dell'artista di un raggio gamma esplose vicino alla Terra. Clicca per ingrandire.
Viviamo in un universo pericoloso. Ora aggiungi i lampi di raggi gamma all'elenco: quelle esplosioni più potenti dell'Universo. Anche 10 secondi di radiazione da uno di questi eventi sarebbero una battuta mortale per la vita sulla Terra. Prima di iniziare a cercare un altro pianeta su cui vivere, il Dr. Andrew Levan dell'Università dell'Hertforshire è qui per spiegare le probabilità di un'esplosione nelle vicinanze. Sembra che le probabilità siano a nostro favore.
Ascolta l'intervista: We Are Safe From Gamma Ray Bursts (6.0 MB)
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Fraser Cain: Ora, voglio imparare quanto sono al sicuro dalle esplosioni di raggi gamma, ma prima puoi dare lo spiegatore su cosa sono queste esplosioni?
Dr. Andrew Levan: I lampi di raggi gamma sono stati davvero un mistero per gran parte degli ultimi 30 anni. Furono scoperti per la prima volta nel 1967 da satelliti che furono lanciati per cercare prove di test nucleari in corso nello spazio. Quindi negli anni '60 c'erano preoccupazioni da entrambe le parti - i russi e gli americani - siamo preoccupati che la parte avversaria potrebbe testare armi nucleari da qualche parte nello spazio. E così c'era un trattato di divieto di test che vietava questo e poi furono lanciati vari satelliti per poter rilevare la firma di questi test. E questi test avrebbero dato una firma che sarebbe stata un'esplosione di raggi gamma. E così furono lanciati i satelliti per cercarlo. In realtà non hanno mai visto alcun raggio gamma dai test nucleari, ma ciò che hanno scoperto sono state queste esplosioni molto luminose che non stavano accadendo da nessuna parte nel Sistema Solare. Non associato a tutto ciò che stava accadendo che era ovvio; non proprio la Luna o alcuno dei pianeti o qualcosa del genere. E così questi furono i primi lampi di raggi gamma scoperti.
Per la maggior parte dei successivi 20 o 30 anni, era davvero tutto ciò che sapevamo su di loro; questi strani lampi inspiegabili di radiazione ad alta energia. Questa è una luce con lunghezze d'onda molto più brevi dei raggi X utilizzati dalle immagini mediche. Ed erano molto difficili a causa di ciò per individuarli. Quindi non sapevamo davvero dove fossero, se fossero vicini a noi o se fossero molto lontani. E poi alla fine degli anni '90, finalmente siamo riusciti a individuarne l'origine con le emissioni ottiche, con la luce normale, e questo ha dimostrato che si trattava di esplosioni incredibilmente luminose che accadono nell'Universo distante, quindi stai parlando di guardare indietro solo a un poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang - il 95% del ritorno attraverso l'età dell'Universo.
E così, questa è stata una specie di prima svolta. E poi, nei prossimi anni, si è realizzato che queste esplosioni di raggi gamma erano effettivamente causate dal crollo di una stella molto massiccia. Quindi quando parli in modo massiccio, in realtà stai parlando di 20-30 volte più pesante del Sole. E ciò che accade con queste stelle è che bruciano o fondono l'idrogeno in elementi più pesanti sui loro nuclei. E alla fine quel processo si interrompe, cadono in se stessi, formano un buco nero ed è quel processo che crea uno scoppio di raggi gamma.
Fraser: Sembra molto simile al processo di esplosione di una supernova. Allora, qual è la differenza?
Dr. Levan: Beh, davvero, molti lampi di raggi gamma sono esplosioni di supernova. Quindi sono solo un sottoinsieme di supernova. Le supernova si verificano quando le stelle più massicce di 8 volte la massa del Sole esauriscono il combustibile nucleare e collassano, ma la maggior parte delle volte formano una stella di neutroni anziché un buco nero. Ora una stella di neutroni è un oggetto leggermente meno estremo, ma è ancora molto estrema. E quindi è più o meno la massa del Sole, ma è crollata in una regione di soli 10 miglia di diametro. Ma quello che succede è che in realtà ottieni molta meno energia. E così quando hai queste stelle molto massicce che diventano esplosioni di raggi gamma, l'energia di questi raggi gamma viene lanciata in un getto. Quindi è come se un tubo flessibile fosse puntato dritto verso di te, ed esce sostanzialmente dai poli della stella alle due estremità. Illumina il cielo come una fonte molto luminosa. Ma illumina forse solo qualche percento del cielo. Ed è qui che vengono emessi i raggi gamma, ed è ciò che fa esplodere un raggio gamma. E solo alcuni tipi di supernova sono quelli che creano sia i buchi neri che le condizioni necessarie per creare un getto sono quelli che creano lo scoppio dei raggi gamma. E poi i lampi di raggi gamma sono molto più luminosi delle normali supernove che vediamo.
Fraser: Ed essere vicini è un posto abbastanza pericoloso dove stare. Quanto è rischioso e quanto è distante la sfera della distruzione?
Dr. Levan: Le persone parlano di supernovae e parlano di esplosioni di raggi gamma come pericolose per la Terra. Per una supernova, deve essere davvero molto vicino; deve essere entro circa 10 parsecs di noi (o 30 anni luce). Non ci sono davvero molte stelle in questo. Ora, con i lampi di raggi gamma è molto più luminoso che potrebbe essere a 30 o 40.000 anni luce da noi. Quindi è a metà della galassia. Se uno si scatenasse nel centro della galassia e colpisse la Terra, sarebbe una cosa incredibilmente pericolosa per noi. Perché ciò che accadrebbe è che la radiazione ad alta energia che ci colpirebbe ionizzerebbe l'alta atmosfera e creerebbe molti nuovi, piuttosto cattivi, ossidi di azoto che creerebbero piogge acide. Distruggerebbe lo strato di ozono e, allo stesso tempo, inonderebbe il lato della Terra di fronte a esso con una dose incredibilmente alta di radiazione ultravioletta.
Fraser: Se uno di questi si spegne nella tua galassia, è una grande sconfitta per la vita. Non riesco a immaginare molto che possa resistere a questo, a parte la vita microbica sotterranea.
Dr. Levan: Sì, assolutamente, davvero. L'impatto per noi è che avresti la situazione piuttosto paradossale che gli ossidi di azoto che sono stati creati nell'atmosfera potrebbero effettivamente bloccare la luce ottica, quindi avrai un raffreddamento globale. Avresti problemi con le piante fotosintetizzanti e cose del genere. Ma allo stesso tempo, poiché hai distrutto lo strato di ozono, avresti un alto flusso di luce ultravioletta che sarebbe davvero dannoso per qualsiasi vita che lo incontrasse. E così influenzerebbe drasticamente il processo di evoluzione. È molto improbabile che si possa evolvere sufficientemente per sopravvivere.
Fraser: Gli scienziati pensano che sia responsabile di alcuni eventi di estinzione in passato?
Dr. Levan: Ci sono state molte discussioni al riguardo. Ovviamente l'estinzione più parlata è quella dei dinosauri e molte persone ora credono che sia stato probabilmente un asteroide colpito dall'esterno della Terra o qualcosa del genere. Sicuramente si è verificato un evento di estinzione circa 400 milioni di anni fa di cui la gente ha parlato forse a causa dell'esplosione di un raggio gamma. Ovviamente è molto incerto quando guardi indietro e stai cercando di guardare attraverso la documentazione fossile, ma certamente i lampi di raggi gamma sono stati discussi a causa del fatto che sono meno comuni della supernova, possono influenzarti su un così grande volume della Terra di cui la gente ha parlato delle estinzioni passate a causa di esplosioni di raggi gamma.
Fraser: Okay, ora mi hanno promesso delle buone notizie. Stendilo su di me.
Dr. Levan: Quello che abbiamo fatto è stato studiare molte di queste esplosioni, circa 40. Ora queste sono esplosioni di raggi gamma che puoi rilassare, sono così lontane che in realtà sono difficili da vedere anche con i più grandi telescopi del mondo. Ma ciò che possiamo studiare da loro è il tipo di galassia in cui si verificano. E così la Via Lattea, che è la nostra galassia, è chiamata una grande spirale del design. È una galassia grande, molto grande. Ora, quando si guardano i tipi di galassie in cui tendono a verificarsi, si scopre che si trovano sempre in queste galassie piccole, disordinate, molto irregolari che hanno una massa molto bassa, che sono molto diverse dalla Via Lattea. E la ragione di ciò è che la Via Lattea ha molto di ciò che chiamiamo metalli. Ora, quando gli astronomi parlano di metalli, non intendiamo veramente cose come l'alluminio o il ferro o cose del genere. Intendiamo davvero qualcosa di più pesante dell'idrogeno o dell'elio. Quindi, per avere la vita, devi avere carbonio e ossigeno e cose del genere molto rare nelle piccole galassie che esplodono. E quindi quello che ti rendi conto quando lo guardi è che le piccole galassie sono vitali per creare esplosioni di raggi gamma perché ciò di cui hai bisogno fondamentalmente sono stelle molto massicce che formano buchi neri, ed è molto più facile farlo in queste piccole galassie che hanno pochissime metalli. Ciò significa essenzialmente che, sebbene in passato lo abbiamo fatto, i lampi di raggi gamma non si verificano nelle galassie come la nostra.
Fraser: So che alcune ricerche recenti ci mostrano alcune regioni che formano stelle nelle galassie satellitari vicine alla Via Lattea che stanno costruendo stelle che sono 50-80 volte la massa del Sole, quindi sono quei buoni candidati o c'è qualcosa nel elementi più pesanti?
Dr. Levan: Sì, quindi c'è qualcosa di molto specifico negli elementi più pesanti. Quando si hanno elementi più pesanti in una stella, ciò influisce in realtà sull'evoluzione della stella in modo molto fondamentale. E quindi ciò che accade è che questi elementi pesanti hanno ciò che chiamiamo venti stellari; venti stellari abbastanza forti. E ciò significa che spingono via tutto il materiale che è fuori di loro. Quindi anche se iniziano la loro vita come stelle molto grandi, quando finiscono la loro vita, in realtà hanno perso gran parte di quella massa che non sono più abbastanza grandi da formare buchi neri. E così in realtà formano queste stelle di neutroni come normali supernove. Quindi ci sono pochi dubbi sul fatto che queste enormi stelle che vedi e le enormi regioni che formano le stelle che vedi formeranno supernovae, perché sono molto più lontane, non rappresentano una minaccia per noi. E a causa dei loro venti stellari, perderanno così tanto della loro massa che non possono fare buchi neri e quindi non possono fare esplosioni di raggi gamma.
Fraser: Dal momento che tutte le esplosioni di raggi gamma sono state osservate in tutto l'Universo, è quasi come una funzione dell'età - mentre guardi più lontano, stai guardando indietro nel tempo. Avevamo esplosioni di raggi gamma, ma non accadono più.
Dr. Levan: Sì, molto. Ovviamente, man mano che le stelle si evolvono, crei la tua prima generazione di stelle. Tutti i metalli, tutti gli atomi che vedi intorno a te, nel tuo corpo, nell'edificio e tutto il resto, sono fatti da esplosioni di supernova in passato. Arricchiscono tutto ciò che li circonda, e poi c'è un'altra generazione di stelle che sono fatte da quello, e così via. E così quando guardi indietro nell'Universo, c'erano meno di questi metalli in giro, e meno di questi elementi pesanti, e quindi l'Universo primordiale è un posto molto più promettente per cercare esplosioni di raggi gamma rispetto all'Universo come lo vediamo ora dove solo piccole esplosioni di raggi gamma si verificano in piccole galassie dove non c'è stata così tanta formazione stellare da quando esiste nella Via Lattea.
