Immagine ottenuta con lo strumento NIRCam del James Webb, che evidenzia la kilonova di GRB 230307A e la sua ex galassia natale nel loro ambiente locale di galassie e stelle in primo piano. Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (IMAPP, Warw), A. Pagan (STScI)
Poco più di 150 anni fa, il chimico russo Dmitri Mendeleev compose la tavola periodica degli elementi. Vi inserì quelli più leggeri e comuni, come l’idrogeno, ma anche i più pesanti, oltre il ferro. Ora, grazie al telescopio spaziale James Webb abbiamo l’opportunità di guardare direttamente dove questi elementi più pesanti del ferro vengono forgiati: nelle più violente esplosioni che avvengono nel cosmo.
Il Webb, infatti, ha osservato il secondo lampo di raggi gamma più luminoso mai rilevato, GRB 230307A, causato con tutta probabilità dalla fusione di due stelle di neutroni in un evento noto come kilonova. Utilizzando l’altissima sensibilità degli strumenti di questo telescopio, gli scienziati hanno catturato il primo spettro del medio infrarosso dallo spazio di una kilonova.
Ciò ha permesso di identificare per la prima volta direttamente un singolo elemento pesante prodotto nel corso di un simile evento. L’elemento chimico rilevato è il tellurio, ma i ricercatori pensano che anche altri elementi pesanti come lo iodio siano presenti nel materiale espulso durante questa kilonova.
Gli eventi di kilonova, vere e proprie fucine di elementi più pesanti del ferro, sono estremamente rare. Un modo per individuarle è intercettare i lampi di raggi gamma (Gamma Ray Bursts, GRB) brevi, sottoprodotti di questi episodi di fusione stellare. Al contrario, i lampi di raggi gamma lunghi possono durare diversi minuti e sono solitamente associati alla morte esplosiva di una stella massiccia.
Il caso di GRB 230307A è interessante. Rilevato per la prima volta dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA a marzo, è il secondo GRB più luminoso rilevato in oltre 50 anni di osservazioni. Oltre a essere circa 1000 volte più luminoso di un tipico GRB osservato da Fermi, è durato 200 secondi, perciò si tratta di un lampo di raggi gamma lungo e non breve.
Nonostante ciò, quando la collaborazione di molti telescopi a terra e nello spazio agli scienziati di individuare la sorgente di questo GRB, le osservazioni nei raggi gamma, nei raggi X, nell’ottico, nell’infrarosso e nella radio hanno mostrato che la controparte ottica/infrarossa era debole, si evolveva rapidamente e diventava molto rossa: i tratti distintivi di una kilonova.
La NIRCam e lo spettrografo NIRSpec di Webb erano perfetti per studiare nell’infrarosso questo evento di fusione, da cui GRB 230307A sembrava provenire. Lo spettro di emissione della kilonova, catturato dagli strumenti, presenta linee larghe che mostrano che il materiale viene espulso ad alta velocità. E poi, una caratteristica che è stata subito chiara: la luce emessa dal tellurio, un elemento più raro del platino sulla Terra.
Le capacità dei due strumenti hanno permesso agli scienziati di identificare con precisione anche la galassia di origine delle due stelle di neutroni fuse in kilonova, successivamente espulse dall’ambiente natale. Si tratta di una galassia a spirale, distante circa 120 mila anni luce dal luogo della fusione.
Gli scienziati si aspettano di trovare ancora più kilonova in futuro, grazie al monitoraggio di diversi telescopi sulla Terra e nello spazio, che stanno permettendo di osservare con occhi nuovi l’Universo. E in particolare, sono fiduciosi di poter sfruttare Webb a trovare elementi ancora più pesanti.
L’abstract dello studio, pubblicato su Nature, è reperibile qui.
