M15 ha un doppio sistema a stella di neutroni che alla fine si fonderà violentemente. Immagine di credito: NOAO Clicca per ingrandire
Le esplosioni di raggi gamma sono le esplosioni più potenti dell'universo, che emettono enormi quantità di radiazioni ad alta energia. Per decenni la loro origine è stata un mistero. Gli scienziati ora credono di comprendere i processi che producono esplosioni di raggi gamma. Tuttavia, un nuovo studio di Jonathan Grindlay del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e dei suoi colleghi, Simon Portegies Zwart (Istituto Astronomico, Paesi Bassi) e Stephen McMillan (Università di Drexel), suggerisce una fonte precedentemente trascurata per alcuni gamma- scoppi di raggi: incontri stellari all'interno di ammassi globulari.
"Fino a un terzo di tutti i brevi lampi di raggi gamma che osserviamo possono provenire dalla fusione di stelle di neutroni in ammassi globulari", ha affermato Grindlay.
I lampi di raggi gamma (GRB) sono disponibili in due distinti "sapori". Alcuni durano fino a un minuto o anche di più. Gli astronomi credono che questi lunghi GRB vengano generati quando una stella massiccia esplode in un'ipernova. Altre raffiche durano solo una frazione di secondo. Gli astronomi teorizzano che i GRB brevi hanno origine dalla collisione di due stelle di neutroni, o una stella di neutroni e un buco nero.
La maggior parte dei sistemi a doppia stella di neutroni deriva dall'evoluzione di due stelle massicce già in orbita l'una attorno all'altra. Il naturale processo di invecchiamento farà diventare entrambe le stelle di neutroni (se iniziano con una data massa), che poi si sviluppano a spirale per milioni o miliardi di anni fino a quando non si fondono e rilasciano un lampo di raggi gamma.
La ricerca di Grindlay indica un'altra potenziale fonte di GRB brevi: cluster globulari. Gli ammassi globulari contengono alcune delle stelle più antiche dell'universo stipate in uno spazio ristretto di soli pochi anni luce. Quarti così ristretti provocano molti incontri stellari ravvicinati, alcuni dei quali portano a scambi di stelle. Se una stella di neutroni con una compagna stellare (come una nana bianca o una stella di sequenza principale) scambia il suo partner con un'altra stella di neutroni, la coppia di stelle di neutroni risultante alla fine si arrotolerà e si scontrerà in modo esplosivo, creando uno scoppio di raggi gamma.
"Vediamo questi sistemi precursori, che contengono una stella di neutroni nella forma di una pulsar di millisecondi, in tutto il posto in cluster globulari", ha affermato Grindlay. “Inoltre, i cluster globulari sono così strettamente affollati da avere molte interazioni. È un modo naturale per creare sistemi a doppia stella di neutroni. "
Gli astronomi hanno eseguito circa 3 milioni di simulazioni al computer per calcolare la frequenza con cui i sistemi a doppia stella di neutroni possono formarsi in cluster globulari. Sapendo quanti si sono formati nella storia della galassia e approssimativamente quanto tempo impiega un sistema a fondersi, hanno quindi determinato la frequenza di brevi lampi di raggi gamma attesi dai binari dei cluster globulari. Stimano che tra il 10 e il 30 percento di tutti i brevi lampi di raggi gamma che osserviamo possono derivare da tali sistemi.
Questa stima tiene conto di una curiosa tendenza scoperta dalle recenti osservazioni del GRB. Si stima che le fusioni e quindi i lampi dai cosiddetti binari a stella di neutroni "a disco" - sistemi creati da due stelle massicce che si sono formate insieme e sono morte insieme - sono stimate 100 volte più frequentemente delle esplosioni dai binari di cluster globulari. Tuttavia, una manciata di GRB brevi che sono stati localizzati con precisione tendono a provenire da aloni galattici e stelle molto antiche, come previsto per i cluster globulari.
"C'è un grosso problema di contabilità qui", ha detto Grindlay.
Per spiegare la discrepanza, Grindlay suggerisce che è probabile che le esplosioni dai binari del disco siano più difficili da individuare perché tendono ad emettere radiazioni in esplosioni più ristrette visibili da meno direzioni. Un "raggio" più stretto potrebbe derivare da stelle in collisione i cui giri sono allineati con la loro orbita, come previsto per i binari che sono stati insieme dal momento della loro nascita. Le stelle appena unite, con i loro orientamenti casuali, potrebbero emettere esplosioni più ampie quando si fondono.
"Probabilmente GRB più brevi provengono da sistemi a disco: non li vediamo tutti", ha spiegato Grindlay.
Di recente, solo una mezza dozzina di GRB brevi sono stati localizzati con precisione dai satelliti a raggi gamma, rendendo difficili studi approfonditi. Man mano che vengono raccolti altri esempi, le fonti di GRB brevi dovrebbero essere comprese molto meglio.
L'articolo che annuncia questo risultato è stato pubblicato nel numero online di Nature Physics del 29 gennaio. È disponibile online all'indirizzo http://www.nature.com/nphys/index.html e in forma prestampata all'indirizzo http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Con sede a Cambridge, in Massachusetts, l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) è una collaborazione congiunta tra lo Smithsonian Astrophysical Observatory e l'Harvard College Observatory. Gli scienziati della CfA, organizzati in sei divisioni di ricerca, studiano l'origine, l'evoluzione e il destino finale dell'universo.
Fonte originale: CfA News Release
