Nello spazio è molto difficile percepire la profondità, non essendoci punti di riferimento. Un modo per farlo consiste nel cercare le cosiddette candele standard: oggetti celesti la cui luminosità intrinseca è semplice da calcolare fisicamente. Confrontandola con quella che si osserva effettivamente dalla Terra, è possibile determinare la distanza di quel corpo (la “candela standard”, appunto) e di altri oggetti nella stessa area.

Purtroppo mancano candele standard abbastanza luminose da poter essere osservate a più di 11 miliardi di anni luce di distanza. Di recente, un team internazionale di 23 ricercatori guidati da Maria Dainotti, professoressa presso l’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ), ha analizzato i dati d’archivio di potenti esplosioni cosmiche causate dalla morte delle stelle. Così facendo, ha trovato un nuovo modo per misurare le distanze nell’Universo lontano: i Gamma Ray Bursts (GRB).

La curva di luce dei Gamma Ray Bursts

I GRB sono forti esplosioni di radiazione nella lunghezza d’onda gamma, prodotte in seguito alla morte di stelle massicce. Sono abbastanza luminosi da fungere da candele standard, ma la loro luminosità dipende dalle caratteristiche intrinseche dell’esplosione.

Studiando l’andamento della curva di luce che indica come il GRB si illumina e si attenua nel tempo, il team di ricercatori ha identificato una classe di 179 GRB con caratteristiche comuni e probabilmente causati da fenomeni simili. In questo modo, è stato in grado di calcolare una luminosità e una distanza precise per ogni singolo GRB, che possono essere utilizzate come strumento cosmologico.

Come mostra la figura sottostante, i ricercatori si sono concentrati sui 179 GRB (indicati con un punto rosso) con una zona in cui la luminosità rimane quasi costante (detta “plateau” ), dopo un certo calo rispetto al picco di emissione iniziale. Hanno esaminato la relazione fra tre parametri: la luminosità di picco del GRB, la luminosità alla fine del plateau e la durata del plateau.

L’aiuto del telescopio Subaru e di altre facilities

I dati di archivio analizzati risalgono alle osservazioni in luce visibile di 500 GRB, effettuate da telescopi leader a livello mondiale come il telescopio Subaru. Grande telescopio ottico-infrarosso gestito dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone e dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali, con il supporto del Progetto MEXT per la promozione delle grandi frontiere scientifiche, il Subaru si trova a Maunakea, nelle isole Hawaii.

Altre facilities da terra utilizzate sono:

• Il satellite Neil Gehrels Swift Observatory della NASA, parte del programma MIDEX e lanciato in orbita LEO nel 2004. Swift si occupa di rilevamento e localizzazione dei raggi gamma provenienti dallo spazio interstellare e comunica con telescopi a terra e nello spazio.
• RATIR, uno strumento che opera nell’ottico e nell’infrarosso, installato sul telescopio Johnson presso l’Observatory Astronómico Nacional in Messico. Disegnato per osservazioni di follow-up dei bagliori di GRB rilevati dal Neil Gehrels Swift Observatory, il RATIR è usato anche per altri tipi di scienza.

I Gamma Ray Bursts come candele standard

I risultati ottenuti dal team di Dainotti forniranno nuove intuizioni sulla meccanica alla base della classe di GRB studiata. Inoltre, forniranno una nuova candela standard per l’osservazione dell’Universo lontano. Nelle osservazioni dei GRB ai raggi X, Dainotti aveva già trovato indizi utili a questo scopo, ma le osservazioni alla luce visibile si sono rivelate più accurate nel determinare i parametri cosmologici.

Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal, è disponibile qui.

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