Quando due stelle di neutroni orbitano una attorno all’altra attraendosi a vicenda, si avvicinano sempre di più, fino a fondersi. Se avviene ciò, l’evento di fusione è catastrofico e genera una potente esplosione. Di recente, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha registrato per la prima volta la luce di questo tipo di esplosione a lunghezza d’onda millimetrica (onde radio).

Il team di ricercatori che si è occupato dello studio, ha confermato che questo lampo di luce è uno dei più energetici GRB di breve durata mai osservati. Questo Gamma Ray Burst (GRB) ha lasciato dietro di sé uno dei lampi più luminosi mai registrati.

I lampi di raggi gamma dalle stelle di neutroni

I lampi di raggi gamma sono le esplosioni più luminose ed energetiche dell’Universo, derivanti dalla fusione di sistemi stellari binari contenenti una stella di neutroni. Gli scienziati ritengono queste esplosioni responsabili della creazione degli elementi più pesanti dell’Universo, come il platino e l’oro. Tanmoy Laskar, futuro assistente alla cattedra di fisica e astronomia presso l’Università dello Utah, spiega:

Le fusioni avvengono a causa della radiazione delle onde gravitazionali che sottrae energia all’orbita delle stelle binarie, facendo sì che le stelle si muovano a spirale l’una verso l’altra. L’esplosione risultante è accompagnata da getti che si muovono a una velocità prossima a quella della luce. Quando uno di questi getti è rivolto verso la Terra, osserviamo un breve impulso di radiazione gamma.

A quest’ultima sottoclasse, nota come short GRB (lampi gamma di breve durata) appartiene il GRB 211106A, origintosi a circa 20 miliardi di anni luce dalla Terra. Un GRB di breve durata dura solitamente solo pochi decimi di secondo. Gli scienziati cercano quindi l’afterglow, ovvero l’emissione di luce causata dall’interazione dei getti con il gas circostante. Tuttavia, sono difficili da rilevare; solo una mezza dozzina di GRB di breve durata sono stati rilevati a lunghezze d’onda radio e nessuno era stato rilevato a lunghezze d’onda millimetriche. Fino ad oggi.

Le difficoltà delle osservazioni ai raggi X e nell’ottico

“Gli afterglow dei GRB di breve durata sono molto luminosi ed energetici” afferma Laskar. “Ma queste esplosioni avvengono in galassie lontane, il che significa che la loro luce può essere piuttosto debole per i nostri telescopi sulla Terra. Prima di ALMA, i telescopi millimetrici non erano abbastanza sensibili per rilevare questi afterglows”.

La luce di GRB 211106A, per esempio, era così distante e così debole che le capacità tecnologiche dei telescopi con cui è stato osservato, hanno reso difficile ricavarne dati particolarmente interessanti. Infatti:

• La galassia ospite non era rilevabile ai raggi X, quindi gli scienziati non sono stati in grado di determinare esattamente la provenienza dell’esplosione.
• Una quantità significativa di polvere nell’area ha oscurato l’oggetto dal rilevamento nelle osservazioni ottiche con il telescopio spaziale Hubble.

Nonostante ciò, ogni lunghezza d’onda ha aggiunto nuovi indizi alla comprensione del GRB. Ora l’impareggiabile sensibilità di ALMA ha permesso di osservarlo al millimetro e d’individuare con maggiore precisione la sua posizione. Ciò ha reso possibile comprendere che questo GRB è ancora più potente di quanto si stimasse, caratteristica che lo rende uno dei più luminosi ed energetici mai registrati”.

Segue il primo filmato time-lapse di un GRB di breve durata in luce millimetrica, ripreso da ALMA. L’evoluzione della luminosità vista in questa lunghezza d’onda fornisce informazioni sull’energia e sulla geometria dei getti prodotti nell’esplosione. Credits: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Laskar (Utah), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

La fusione di stelle di neutroni vista con ALMA

Questo GRB è stato il primo tentativo di osservare un evento del genere con ALMA. Gli afterglow di GRB di breve durata sono molto difficili da trovare, quindi aver colto questo evento così luminoso è un grande passo avanti. Dopo molti anni di osservazione, questa sorprendente scoperta apre una vera e propria nuova area di studio.

Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer per NRAO/ALMA, ha dichiarato: “Queste osservazioni sono fantastiche a molti livelli. Forniscono ulteriori informazioni per aiutarci a comprendere gli enigmatici GRB, e l’astrofisica delle stelle di neutroni in generale. Dimostrano quanto siano importanti e complementari le osservazioni a più lunghezze d’onda con telescopi spaziali e terrestri per la comprensione dei fenomeni astrofisici”. C’è ancora molto lavoro da fare su più lunghezze d’onda, sia con i nuovi GRB che con il GRB 211106A, che potrebbe rivelare ulteriori sorprese su questi burst.

Studiare fusioni di stelle con il Webb e i futuri telescopi

Per osservare GRB 211106A sono stati utilizzati alcuni dei più potenti telescopi disponibili: ALMA, il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA e il telescopio spaziale Hubble. Con il telescopio spaziale James Webb e i futuri telescopi ottici e radio da 20-40 metri, come il VLA di nuova generazione (ngVLA), sarà possibile produrre un quadro completo di eventi stellari catastrofici e studiarli a distanze mai raggiunte prima.

Il Webb catturerà spettri delle galassie e renderà possibile conoscerne facilmente la distanza; in futuro, potremmo anche usarlo per catturare i GRB nella lunghezza d’onda infrarossa e analizzarne la composizione chimica. Con ngVLA, saremo in grado di studiare con un dettaglio senza precedenti la struttura geometrica dell’afterglow e il gas utile alla formazione stellare che si trova nell’ambiente circostante.

I risultati della ricerca saranno pubblicati sulla rivista The Astrophysical Journal Letters, in un articolo disponibile qui in versione pre-print.

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