GAMMA RAY BURSTS - BLACK-HOLES: FORSE UN PASSO AVANTI

L’undici settembre scorso sul volume 455 di Nature, la più prestigiosa delle riviste scientifiche internazionali, a pagina 183 è comparsa la plausibile spiegazione dell'afterglow ottico di un Gamma Ray Burst. L'afterglow è una emissione luminosa che segue e per qualche tempo affianca il Gamma Ray Burst, uno tra i più intriganti misteri cosmologici di questo nuovo millennio.

Andiamo per ordine: il 19 marzo 2008, l’osservatorio orbitale della NASA Swift, con i suoi telescopi sensibili alla radiazione X e Gamma registrò in sequenza quattro distinti Gamma Ray Bursts (GRB), di cui uno, il secondo in ordine di osservazione classificato come GRB 080319B, presentava una intensità mai vista prima. All’epoca l’evento fu associato ad un fenomeno di eccezionale energia; si ipotizzò un collasso gravitazionale di una stella estremamente massiva dotata di un intenso campo magnetico e di una elevata velocità angolare. La presunta stella collassante risultò essere a ben 7,5 miliardi di anni luce da noi, quasi 2,25 milioni di miliardi di chilometri, una distanza ragguardevole soprattutto se consideriamo che corrisponde al cinquanta per cento del raggio visibile dell’Universo.

costellazione del triangolo: (sx) controparte ottica visibile del GRB: (dx) afterglow

Il Gamma Ray Burst risultò eccezionale non solo per l'intensità energetica emessa, ma per la presenza di una insolita controparte visibile: un afterglow osservabile ad occhio nudo per ben quaranta secondi. Successivamente telescopi e strumenti ottici poterono asservarlo e studiarlo per parecchie settimane. Il fenomeno visibile a tutti, comparve nel buio stellato della notte come un puntino solo un po’ più luminoso delle stelle più flebili del cielo. La vera peculiarità di questo evento stà nella sua unicità, infatti considerando tutti i GRB osservati sin dagli anni settanta-ottanta, solo quelli dell'ultimo decennio presentano saltuariamente una flebile controparte ottica mai visibile ad occhio nudo e mai prima d'ora di tale intensità.

Il satellite Swift alla cui realizzazione e operatività hanno contribuito e contribuiscono numerosi centri di ricerca internazionali tra i quali tra gli italiani è doveroso ricordare l’osservatorio di Brera e l’Agenzia Spaziale Italiana, ha catturato questo spettacolo senza precedenti con i suoi telescopi X e UV, dimostrando come il GRB 080319B abbia conquistato il record di oggetto luminoso più distante visibile ad occhio nudo, superando di ben tre ordini di magnitudine il precedente record già della galassia M33 posta a 2,9 miliardi di anni luce dalla Terra. Questo non è stato però il solo record ad essere stato conquistato, l’eccezionale potenza del GRB ha infatti infranto ogni altro record precedente di quantità di energia e intensità di radiazione emessa.

Dei GRB abbiamo più volte parlato come di eventi cosmici estremamente energetici, secondi solo al Big Bang e ancora sufficientemente misteriosi. Infatti se per molti di essi non si può dire nulla sulle cause che gli hanno prodotti, per altri la conoscenza delle caratteristiche emissive e di posizione è tale da permettere di fare ipotesi attendibili sui fenomeni astrofisici che gli hanno originati. I Gamma Ray Bursts emessi in prossimità di materia cosmica come galassie o ammssi sono verosimilmente correlabili con collassi gravitazionali di stelle estremamente massive che terminano rapidamente e catastroficamente la loro vita evolutiva trasformandosi in black-hole di grande massa, probabili nuclei di neogalassie. Si suppone che durante il processo di collasso una stella in rapida rotazione emetta lungo il suo asse intensi fasci conici di radiazione e materia ad altissima energia, i fasci agendo come torce cosmiche riscaldano le nubi di gas interstellare incontrate lungo il percorso sino ad innescare l’emissione di afterglows luminosi osservabili. Se così è stato, l’afterglow di GRB 080319B è stato un evento incredibilmente potente, ben 2,5 milioni di volte più luminoso della più brillante supernova osservata.

I ricercatori hanno per mesi cercato di capire il perché di una tale luminosità. Alcune ipotesi prendevano in considerazione un’inusuale velocità di rotazione della stella associata ad una elevatissima massa. Se però la rapida rotazione consentiva di spiegare la formazione di jets di radiazione, non spiegava l'unicità del fenomeno, cioè perché solo ora è stato possibile osservare un evento così incredibilmente intenso.

L’ipotesi formulata è ora pubblicata su Nature, e anche se non scientificamente provata, offre una spiegazione consistente del fenomeno. Correlando infatti i dati provenienti da più di una dozzina di osservatori terrestri è stato possibile mettere in evidenza una struttura interna all’afterglow che esclude un fenomeno esplosivo tipo firebaal. La ricostruzione mostra infatti una regione interna intensa ed estremamente concentrata di dimensioni paragonabili all’1% del disco lunare e una più esterna diffusa. Proprio sulla base di queste osservazioni i ricercatori ipotizzano che collassi di questo tipo producano intense emissioni solo lungo la direzione dell’asse di rotazione della stella. I fasci di radiazione emessi direttamente dal nucleo stellare sono concentrati e intensi come un fascio laser; se l'asse di rotazione è casualmente diretto nella direzione del nostro pianeta, il fascio riscalda la materia interstellare interposta tra sorgente e osservatore generando l'afterglow visibile in tutta la sua potenza.

Struttura dell'afterglow: si nota una componente concentrata ed una più esterna diffusa dovuta al riscaldamento della materia antistante

Utilizzando il modello e la frequenza di osservazione dei Gamma Ray Bursts è stato possibile misurare la sezione d’urto, quindi la probabilità con cui un evento di questo tipo è osservabile dalla Terra, in altre parole la frequenza con cui i fasci di radiazione in base alla direzione degli assi di rotazione stellare incontrano il nostro pianeta. La frequenza stimata risulta di uno ogni dieci anni, ma in realtà i GRB di questo tipo sono molti di più, solo che non tutti possono essere ugualmente visibili in quanto non tutte le emissioni si verificano nella direzione del nostro pianeta. Non dimentichiamo poi che esistono dei GRB di origine sconosciuta non riconducibili a questo tipo di fenomeno.

Provate a immaginare cosa accadrebbe al nostro pianeta se uno di questi eventi avvenisse all’interno della nostra galassia proprio in direzione della Terra. Tranquilli, nella nostra galassia le stelle così grandi sono già tutte collassate in black-holes ben più di sette miliardi di anni fa, comunque se volete monitorare la provenienza dei GRB andate sul sito http://grb.sonoma.edu/.