Lampi Gamma


    I Lampi Gamma, o Gamma-Ray Bursts (GRB), sono emissioni intense e brevi di radiazione gamma provenienti da qualsiasi posizione della volta celeste in modo imprevedibile.

    La rapidita' con cui questi fenomeni si manifestano suggerisce che siano causati da esplosioni di oggetti stellari.

    L'emissione e' altamente collimata entro un getto in cui le perturbazioni del plasma, generate dall'esplosione, si propagano a velocita' prossime a quelle della luce. Residuo dell'esplosione e' una sorgente di radiazione di sincrotrone rivelabile a tutte le frequenze e in rapido declino, chiamata afterglow (Ingl. per bagliore residuo).

    La rivelazione dei primi afterglow, avvenuta 6 anni fa, e' stata resa possibile inizialmente dal satellite Bepposax (attivo tra il 1996 ed il 2002) e in seguito da altre missioni, grazie alla tecnica di rapida osservazione nella "finestra spettrale" dei raggi X della regione di cielo in cui si verifica il GRB.

    [inline: 1=Immagine - 1 - Osservazione del Satellite Bepposax del campo del GRB970228 del 28 febbraio 1997] Immagine - 1 - Osservazione del Satellite Bepposax del campo del GRB970228 del 28 febbraio 1997.

    Al momento attuale esistono circa 60 afterglow rivelati in almeno una delle bande radio, ottica, infrarossa o X.

    Lo studio degli spettri ottici degli afterglow ha permesso di determinare che i GRB hanno luogo a distanze cosmologiche, cioe' a miliardi di anni luce dalla terra e che quindi l'energia da loro emessa e' enorme, e superiore di circa 100 volte rispetto a quella emessa dalle supernovae, che, prima della misura delle energie dei GRB, erano gli eventi noti più energetici dell'Universo dopo il Big Bang.

    Per inciso, una supernova emette (nel giro di poche settimane) un quantitativo di energia pari a quello emesso dal nostro sole durante tutto l'arco della sua vita.

    Diverse previsioni teoriche ed un buon numero di evidenze osservative sembrano suggerire che i progenitori dei GRB di lunga durata [Nota 1] siano supernovae.

    Tuttavia, fino a poco tempo fa, solo in una occasione e' stata trovata una chiara associazione tra un GRB e una supernova.

    Il 25 aprile del 1998, il satellite BeppoSAX ha localizzato il GRB 980425 (i GRB vengono battezzati in base alla data della loro scoperta) e, il giorno stesso, nella regione di cielo di questo GRB venne individuato tramite telescopi ottici non gia' un afterglow, bensi' una supernova (nominata in seguito SN 1998bw) esplosa in una galassia relativamente vicina alla terra, a soli 130 milioni di anni luce da noi.

    L'emissione di tale supernova e' risultata particolarmente intensa nell'ottico ed alle frequenze radio, e lo spettro ottico ha mostrato una velocita' dell'esplosione notevole (circa un decimo di quella della luce) e sostanzialmente piu' alta di quella normalmente misurata nelle supernovae.

    Nota 1

    Gli oltre 2700 GRB rivelati dallo strumento BATSE a bordo del satellite Compton (attivo tra il 1991 ed il 2000) sono chiaramente distribuiti in 2 popolazioni: una (3/4 del totale) la cui durata media e' di circa 10 secondi, e una (il restante 1/4) di durata media intorno a 0.1 secondi. Finora solo i GRB lunghi sono stati localizzati in modo preciso e rapido, per cui la ricerca di controparti ad altre lunghezze d'onda ha avuto successo solo per questi.

    SN 1998bw e' considerata, per le sue caratteristiche estreme, un tipico esempio di ipernova, cioe' di esplosione di supernova molto energetica.

    Questo fenomeno sembra essere associato alla morte violenta di una stella 30-40 volte piu' massiccia del Sole, che lascia come resto un buco nero, invece di una stella di neutroni.

    Teoricamente, le ipernovae possono essere accompagnate da un GRB.

    Il legame tra GRB 980425 e SN 1998bw, pero', non e' stato universalmente accettato dalla comunita' scientifica, nel senso che alcuni scienziati hanno ritenuto la coincidenza spaziale e temporale dei due eventi un fatto puramente casuale.

    La probabile soluzione della controversia e' stata trovata pochi mesi fa: il 29 marzo 2003 il Satellite Hete 2 (High-Energy Transient Explorer), localizzo' accuratamente la posizione di un GRB molto intenso; poco meno di due ore dopo venne scoperta una controparte ottica piuttosto brillante e, nelle ore successive, grazie allo studio del suo spettro ottico, e' stato possibile determinarne la distanza.

    Ne e' risultato che, escludendo il caso del GRB 980425 menzionato precedentemente, l'evento del 29 marzo 2003 e', tra i GRB per cui di conosce la distanza, quello piu' vicino a terra fino ad oggi osservato: questo ha fatto si' che ci sia apparso piu' brillante dei GRB a distanze piu' elevate e lo ha reso quindi un ottimo banco di prova per verificare l'esistenza della connessione fra GRB e supernovae, poiche' le supernovae possono essere ben studiate solo se sono relativamente vicine a noi.

    [inline: 2=Immagine - 2 - Ipotetica rappresentazione di un GRB] Immagine - 2 - Ipotetica rappresentazione di un GRB

    Il consorzio europeo GRACE (GRB Afterglow Collaboration at ESO) ha condotto osservazioni dell'afterglow di GRB 030329 presso i telescopi dell'ESO e particolarmente con il Very Large Telescope, l'insieme dei 4 telescopi da 8.2 metri ciascuno, situato al Cerro Paranal in Cile, fiore all'occhiello dell'astronomia europea nell'ottico e nell'infrarosso.

    I risultati, riportati nell'articolo di Hjorth et al. apparso recentemente su Nature, hanno mostrato che lo spettro ottico dell'afterglow del GRB 030329 ha assunto sempre piu' chiaramente, con il susseguirsi dei giorni, la forma di uno spettro di supernova e precisamente di una supernova estremamente simile a SN 1998bw. Tale supernova "nascosta" tra le ceneri del GRB e' stata chiamata SN 2003dh.

    Questa "metamorfosi" e' dovuta al fatto che, col passare del tempo, i diversi contributi di afterglow e supernova alla luminosita' totale della sorgente cambiano e, mentre nei primi giorni l'afterglow e' dominante, questo in seguito si indebolisce, e gia' a partire da una settimana dopo il lampo gamma, la luce della supernova si trova a contribuire per la maggior parte all'emissione totale dell'oggetto.

    Questa ricerca prova dunque l'esistenza della connessione tra GRB lunghi ed ipernovae, ossia che i GRB sono di fatto prodotti da supernovae particolarmente energetiche e soggette ad un'esplosione asimmetrica.

    Questa parziale asimmetria e' responsabile della produzione di un getto molto collimato in cui la materia si muove relativisticamente. Se la terra si trova all'interno del cono di collimazione, cio' che vediamo sono il GRB e l'afterglow ad esso associato.

    La luce e l'energia del GRB e dell'afterglow vengono percepite dall'osservatore, per un effetto di relativita' speciale, con un'intensita' molto maggiore (un fattore 100 all'incirca per il GRB e 10 per l'afterglow) di quella intrinseca.

    [inline: 3=Immagine - 3 - Altra rappresentazione ipotetica di un GRB] Immagine - 3 - Altra rappresentazione ipotetica di un GRB

    Per questo motivo, pur essendo i GRB prodotti da supernovae ed emettendo quindi quantitativi di energia simili a quelli delle supernovae, appaiono molto piu' brillanti.

    Se l'evento scoppia relativamente vicino come nel caso del GRB030329, vediamo anche la supernova che lo ha prodotto.

    Se la direzione di collimazione del getto lambisce solamente la terra, vengono rivelati un GRB debole ed una supernova (come nel caso del GRB 980425 / SN 1998bw); infine, se il getto non e' diretto verso la terra, osserviamo semplicemente una supernova.

    Tutto cio', naturalmente, non significa che il mistero dei GRB sia definitivamente risolto: benche' queste osservazioni mostrino che i GRB lunghi sono associati a supernovae e sono forse il segnale della nascita di un buco nero, ancora nulla e' noto per cio' che riguarda i GRB corti.

    Il satellite Swift, a partecipazione italiana e dedicato alla ricerca rapida delle controparti dei GRB, permettera' di risolvere anche l'enigma dei GRB corti grazie alla localizzazione della loro tuttora elusiva emissione ottica.

    Sitografia

    Official Nasa Swift Home Page http://swift.gsfc.nasa.gov/docs/swift/swiftsc.html

    GRACE - Gamma-Ray burst Afterglow Collaboration at Eso http://www.gammaraybursts.org/grace/index.php

    Hete 2 http://space.mit.edu/HETE/

    Bepposax www.asdc.asi.it/bepposax/



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