Gamma ray burst

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In astronomia, i gamma ray bursts (GRBs) sono lampi di raggi gamma che durano da pochi nanosecondi a ore, il più lungo dei quali è stato seguito per diversi giorni da un bagliore residuo di raggi X. Avvengono in posizioni apparentemente casuali nel cielo diverse volte ogni giorno. Fino all'estate del 2003 una delle più promettenti idee, ma ancora altamente speculativa, era quella che affermava che sono il risultato della creazione di un buco nero da una stella morente. Il buco nero, circondato da un disco rotante di materia che cade in esso, emette in qualche modo raggi energetici paralleli all'asse di rotazione. In ogni caso, gli astronomi sono ancora lontani dall'arrivare ad un'opinione generale sul meccanismo dei GRBs, benché i più siano ottimisti e affermino che il puzzle sarà risolto nel 2010, anche grazie ai dati raccolti dal telescopio GBM del satellite GLAST.

[modifica] La scoperta

I lampi di raggi gamma cosmici furono scoperti nei tardi anni Sessanta dai satelliti statunitensi di rivelazione di test nucleari "Vela". I Vela furono lanciati per rilevare radiazioni emesse dai test di armi, ma raccolsero lampi occasionali di raggi gamma da sorgenti sconosciute. Mentre i sensori dei satelliti Vela avevano una bassa risoluzione angolare, nel 1973 i ricercatori dell'US Los Alamos National Laboratory nel New Mexico furono capaci di usare i dati dai satelliti per determinare che i lampi venivano dallo spazio profondo.

I lampi di raggi gamma possono essere osservati soltanto dallo spazio perché l'atmosfera blocca tali raggi. Gli astronomi credevano che una volta messi in orbita migliori rivelatori di raggi gamma sarebbero stati capaci di trovare velocemente le posizioni dei GRBs, dopotutto era quello che accadeva con le sorgenti di raggi x. Tuttavia, quando tali strumenti migliorati furono mandati nello spazio negli anni Settanta, la ricerca ottica delle regioni dove i lampi erano generati non mostrò nulla di interessante: i sensori non erano abbastanza accurati da determinare la posizione dei lampi per uno studio dettagliato.

Ulteriori informazioni sulle sorgenti dei lampi si dimostrarono difficili da ottenere, e portarono più domande che risposte. La prima questione posta dai GRBs era: sono localizzati nella nostra Galassia, o avvengono in luoghi lontanissimi dell'Universo? La seconda domanda era: quale meccanismo causa i lampi? Se essi si trovano nell'Universo distante, tale meccanismo deve produrre una quantità enorme di energia.

Piccoli progressi furono fatti in materia negli anni Ottanta, ma nell'aprile 1991, la NASA lanciò il “Compton Gamma Ray Observatory” a bordo dello Space Shuttle. Uno degli esperimenti a bordo del Compton era il “Burst & Transient Source Experiment (BATSE)”, che poteva rilevare lampi di raggi gamma e localizzare le loro posizioni nel cielo con ragionevole precisione. BATSE stabilì che c'erano almeno 2 tipi di lampi: i lampi di raggi gamma e i ripetitori smorzati di raggi gamma.

Nel giro di un anno, il BATSE rilevò due o tre GRBs al giorno, e trovò che sono casualmente distribuiti su tutto il cielo. Se fossero eventi che avvengono nella nostra galassia allora sarebbero stati distribuiti preferibilmente sul piano della Via Lattea; anche se fossero associati con l'alone galattico, sarebbero stati distribuiti soprattutto verso il centro galattico, 30000 anni luce più in là, a meno che l'alone fosse stato veramente enorme. Inoltre, se quella fosse stata la situzione, le galassie vicine avrebbero dovuto presentare aloni simili, ma non misero in risalto “macchie di luce” di deboli lampi di raggi gamma.

Fu comunque il satellite italiano BeppoSAX che per primo riveló l'emissione X che segue il lampo Gamma a permise di individuare le coordinate dell'ogetto celeste che aveva emesso il lampo. Grazie a BeppoSAX si comprese definitivamente come questi lampi fossero generati da sorgenti extragalattiche.

Osservazioni in luce visibile di molte di queste posizioni di GRB nel 1997 e nel 1998 identificarono possibili collegamenti tra i lampi e le supernovae. Le osservazioni non furono decisive, ma incoraggiarono gli astrofisici che credettero che i GRBs fossero associati alle supernovae, e diedero agli astronomi che cercano le componenti visibili dei GRBs qualcosa su cui investigare in maggior dettaglio.

[modifica] Attuali conoscenze

Da tempo gli astronomi avevano compreso che questi lampi sono originati da due categorie distinte di fenomeni, le emissioni lunghe, quelle che durano da alcuni secondi a diversi minuti, venivano attribuite al collasso di una giovane stella massiccia in un buco nero, L'origine di quelli brevi, della durata di qualche millisecondo o addirittura di pochi nanosecondi, erano di più difficile comprensione.

Impostando un metodo di ricerca basato sul lavoro d'insieme degli osservatori in orbita, Chandra, HETE, e Swift (il più recente), e gli osservatori posizionati a terra, si sta iniziando finalmente a comprendere l'origine di quelle che sono le più potenti esplosioni nell'universo.

La rivista "Nature" ha pubblicato nel dicembre 2005 uno studio di Edo Berger, ricercatore al Carnegie Observatories di Pasadena, su un lampo (GRB 050724) localizzato da Swift il 24 luglio, e analizzato nello spettro radio, ottico e infrarosso. Proveniva da una vicina galassia formata da antiche stelle, in cui non si formano stelle nuove da diversi miliardi di anni. Ciò starebbe a significare che gli oggetti che provocano i lampi devono essere molto vecchi.

Sono in queste regioni dello spazio che gli astronomi si aspettano che accadano collisioni tra stelle di neutroni, gli unici eventi che secondo le nostre conoscenze sono in grado di generare simili quantità di energia.

Sempre su "Nature", nell'ottobre 2005, è stata pubblicata una relazione da parte di un gruppo di ricerca del MIT Kavli Institute sui dati raccolti dagli osservatori spaziali HETE e Chandra, i quali avvalorano ulteriormente questa ipotesi. Neil Gehrels, del Goddard Space Flight Center della NASA, spiega lo scenario: le esplosioni delle supernovae espellono una coppia di stelle di neutroni, che nel giro di qualche miliardo di anni spiraleggiano una sull'altra fino a collidere, dando origine probabilmente ad un nuovo buco nero.

I paleontologi hanno ipotizzato una relazione fra le estinzioni di massa avvenute nel corso delle ere geologiche del nostro pianeta e questi eventi cosmici in grado di liberare, in meno di un secondo, l'energia equivalente a 1 milione di miliardi di soli.