Il mistero dei lampi di raggi gamma lunghi con kilonova è stato senza dubbio risolto

Più di 50 anni fa, i satelliti militari messi in orbita dagli Stati Uniti rilevarono lampi di raggi gamma, in inglese. I raggi gamma esplodono Oppure GRB. La missione di questi satelliti era quella di rilevare esplosioni nucleari vietate all’interno o all’esterno dell’atmosfera. Ma gli scienziati responsabili dei satelliti si resero presto conto che questi eventi erano cosmici e non di origine umana. Anni dopo, la loro scoperta fu declassificata, cosa che avrebbe sconcertato la comunità degli astrofisici.

In effetti, l’energia rilasciata era enorme, e non fu nemmeno compresa finché qualcuno non suggerì di riconoscere che questi lampi di raggi gamma non erano emissioni di radiazioni gamma secondo un qualche tipo di campo luminoso, ma secondo getti focalizzati. L’energia rilasciata era molto più bassa, anche se ancora enorme, ma questa volta è stata compresa nell’ambito dell’astrofisica conosciuta.

Rivelazione epica di GW170817. Per una traduzione francese abbastanza accurata, clicca sul rettangolo bianco in basso a destra. La traduzione in inglese dovrebbe apparire successivamente. Cliccate poi sul dado a destra del rettangolo, poi su “Traduzioni” e infine su “Traduci automaticamente”. Seleziona “Francese”. © Scienza contro cinema

Sorgenti Kilonova, gamma e gravità

Ci siamo anche resi conto che i lampi di raggi gamma possono essere suddivisi in due categorie: brevi, che durano meno di due secondi, e lunghi, che spesso durano circa dieci secondi. Nel primo caso si trattava probabilmente di collisioni di stelle di neutroni, che diedero luogo a quelle che in seguito furono chiamate kilonova, esplosioni più potenti delle novae ma più deboli delle supernovae. Abbiamo finito per convalidare questa ipotesi scoprendo la sorgente dell’onda gravitazionale GW170817.

Queste lunghe esplosioni devono essere state causate da stelle molto massicce in rapida rotazione, che, collassando gravitazionalmente, hanno formato un buco nero nel loro nucleo, e poi un buco nero che accumula materia e produce due getti mentre la stella continua a ruotare. Prima di diventare una supernova viene talvolta chiamata supernova. Questo è anche chiamato modello in inglese collasso, Contrazione di termini inglesi Crolla (collasso) e una stella (stella), ufficialmente “stella esplosa” in francese, anche se questo nome è usato raramente nella pratica.

Le cose si sono complicate da quando l’11 dicembre 2021 quando i rilevatori di raggi X e gamma a bordo dei satelliti Swift e Fermi hanno segnalato un GRB che è durato circa un minuto ed è quindi tipico di un lungo lampo gamma e potrebbe essere associato con una galassia conosciuta. A un miliardo di anni luce dalla Via Lattea.

Tuttavia, le osservazioni possono essere effettuate a diverse lunghezze d’onda come l’infrarosso, ad esempio, utilizzando un telescopio Gemelli Nord (Hawaii, USA) o con Hubble, hanno dimostrato chiaramente che GRB 211211A possiede proprietà che fino ad allora erano state attribuite alle kilonovae, e quindi ai brevi lampi di raggi gamma.

L’11 dicembre 2021, l’Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA e il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi hanno rilevato un’esplosione di luce ad alta energia proveniente dalla periferia di una galassia a circa un miliardo di anni luce di distanza. Questo evento ha scosso la comprensione degli scienziati sui lampi di raggi gamma (GRB), gli eventi più potenti dell’universo. Questa esplosione si chiama GRB 211211A. Diversi gruppi di ricerca hanno esaminato le osservazioni raccolte da Swift, Fermi, dal telescopio spaziale Hubble e altri. Alcuni hanno suggerito che la stranezza di questa esplosione potrebbe essere spiegata dalla fusione di una stella di neutroni con un altro oggetto massiccio, come un buco nero. Per una traduzione francese abbastanza accurata, clicca sul rettangolo bianco in basso a destra. La traduzione in inglese dovrebbe apparire successivamente. Cliccate poi sul dado a destra del rettangolo, poi su “Traduzioni” e infine su “Traduci automaticamente”. Seleziona “Francese”. © Centro di volo spaziale Goddard della NASA

Minerale di Gottlieb È un ricercatore Centro di astrofisica computazionale (CCA) per te Istituto Flatiron in New York. Lui e i suoi colleghi hanno appena pubblicato un articolo su Lettere del diario astrofisico Una versione liberamente accessibile è reperibile all’indirizzo arXiv Hanno annunciato di aver trovato una spiegazione per il caso paradossale di GRB 211211A e per un altro accaduto nel 2023, GRB 230307A, che è simile.

I ricercatori hanno eseguito sofisticate simulazioni numeriche che includono specificamente la magnetoidrodinamica del plasma, che può formare dischi di accrescimento nello spaziotempo curvo. Hanno scoperto che le osservazioni potevano essere interpretate in due modi, e così facendo hanno costruito un quadro che unifica la descrizione di molti lampi di raggi gamma, almeno in teoria.

Un modello unificato di buchi neri che accrescono la materia delle stelle di neutroni

Nel primo caso, due stelle di neutroni che si scontrano in uno scenario normale di kilonova, fondendosi, formano anche un buco nero. Ma ciò che è cambiato è che il buco nero sta accumulando parte della materia rimasta dalla collisione, formando nuovamente un disco di accrescimento e getti di materia che sono sorgenti di raggi gamma.

Il secondo caso è una rara collisione tra una stella di neutroni e un buco nero stellare. Ma lì abbiamo anche un disco di accrescimento e getti di materia all’origine di un lungo lampo di raggi gamma.

Questo è ciò che ha fatto dire a Or Gottlieb: Le nostre scoperte, che collegano le osservazioni alla fisica fondamentale, uniscono molti misteri irrisolti nel campo dei lampi di raggi gamma. Per la prima volta possiamo osservare le osservazioni dei GRB e scoprire cosa è successo prima che si formasse il buco nero. Se vediamo GRB lunghi come quello visto nel 2022, ora sappiamo che provengono da un buco nero con un disco enorme. Conoscendo l’esistenza di un disco massiccio, ora possiamo determinare il rapporto tra le masse dei due oggetti originali perché il rapporto tra le loro masse è legato alle proprietà del disco. Ad esempio, la fusione di stelle di neutroni di massa disuguale produrrà inevitabilmente un GRB di lunga durata. »

Astrofisici Università nordoccidentale (USA) hanno sviluppato la prima simulazione numerica che traccia l’evoluzione del getto durante la fusione di un buco nero e una stella di neutroni su grandi distanze. © Uri Gottlieb, Danat Issa, Alexander Chekhovskoy

Si prevede che le scoperte di GRB raddoppieranno con l’assistenza Osservatorio Vera C. Rubin Nel giro di pochi anni, motivo per cui Gottlieb ha dichiarato nella conclusione del comunicato stampa della Fondazione Simons: “ Man mano che otteniamo più osservazioni di lampi di raggi gamma in diversi periodi di pulsazione, saremo in grado di esplorare meglio i fattori centrali che guidano questi eventi estremi. ».