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Un giovane gruppo di ricerca guidato dal Gran Sasso Science Institute dell’Aquila ha condotto lo studio tramite il satellite ‘Neil Gehrels Swift Observatory’ su un lampo gamma. Fuori dalla nostra galassia, nell’universo più lontano, un miliardo di anni fa è accaduto qualcosa di straordinario: due stelle di neutroni hanno danzato una intorno all’altra fino a fondersi e ad emettere un lungo segnale di raggi gamma con un’energia mai vista prima per eventi astrofisici del genere. Il segnale viene classificato con il termine inglese Gamma Ray Burst (GRB) e battezzato col nome GRB211211A: si rivela subito come uno dei più forti mai visti; una potenza tale da attirare la massima attenzione della comunità scientifica internazionale. Telescopi a terra e satelliti cominciano quindi a scrutare GRB211211A. Iniziano così le sorprese: la lunga emissione di raggi gamma, tipicamente associata alle esplosioni di stelle massicce (supernovae), viene invece seguita da una luce visibile (chiamata kilonova) simile a quella osservata per GW170817, la fusione di due stelle di neutroni che diede origine a uno dei primi segnali di onde gravitazionali captato sulla Terra nel 2017. Ma oltre al lampo, cioè al Gamma Ray Burst, il fenomeno genera successivamente anche un’emissione di raggi gamma di alta energia, iniziata diversi minuti dopo l’osservazione del satellite Swift e durata alcune ore. La capta il satellite spaziale Fermi con a bordo lo strumento LAT – Large Area Telescope, messo a punto col contributo fondamentale dell’INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che punta così i suoi potenti occhi su GRB211211A. Ad accorgersi del fenomeno e a proporre una loro interpretazione, sono stati proprio i ricercatori del GSSI, come spiega lo studio appena pubblicato su Nature e di cui è primo firmatario il dottorando Alessio Mei, associato all’INFN che così spiega:

“L’evento GRB211211A ha mostrato un flusso luminoso di raggi gamma di alta energia diversi minuti dopo la fusione delle due stelle di neutroni ed è durato diverse ore ci aspettavamo che l’emissione tardiva dal GRB, in fisica chiamata afterglow, diventasse sempre più debole con il trascorrere del tempo. Ma con nostra grande sorpresa il flusso è rimasto costante a lungo”. 

Questa emissione di raggi gamma di alta energia è risultata più brillante e più duratura di quanto previsto dai modelli che spiegano l’afterglow, spingendo i ricercatori a esplorare nuovi scenari per motivarla. Il ricercatore Biswajit Banerjee, post-doc al GSSI e associato all’INFN, racconta che “mentre l’emissione di afterglow è spiegata con un getto ultrarelativistico, composto da particelle che viaggiano quasi alla velocità della luce, che interagisce con il mezzo interstellare, quello che stavamo osservando non era mai stato visto prima ed era impossibile da interpretare con il getto. Dovevamo trovare una nuova sorgente di emissione”.

Il punto di svolta è arrivato dalla luce visibile, la kilonova. L’eccesso di raggi gamma ad alte energie sarebbe il risultato dell’interazione tra elettroni accelerati in un getto relativistico che segue quello ultrarelativistico e la luce della kilonova stessa. “I fotoni prendono energia dagli elettroni in un processo chiamato Inverse Compton scattering trasformandosi in raggi gamma”, e ce lo spiega Om Sharan Salafia, ricercatore dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca e associato INAF:

“I dati raccolti, fra cui quelli provenienti da alcune osservazioni nella banda dei raggi X ottenute con il satellite XMM-Newton, nell’ottico con il Telescopio Nazionale Galileo, e nella banda radio con le antenne del Very Large Array, hanno permesso di interpretare l’emissione di GRB211211A mediante un modello teorico molto avanzato, che abbiamo sviluppato in questi ultimi anni. Fra i tanti interrogativi posti da GRB211211A, sarà necessario investigare come la fusione di due stelle di neutroni, che si pensava potessero dare origine solo a GRB di breve durata, possa invece produrre anche un’emissione di raggi gamma lunga come in questo caso”. 

“Questa scoperta apre nuovi affascinanti scenari nell’astronomia multimessaggera, nuove controparti di segnali di onde gravitazionali da cercare nel gamma di alta energia, una nuova finestra per esplorare il motore potentissimo dei GRB e l’interazione dei getti con il materiale più lento da cui si originano gli elementi pesanti nell’Universo”, conclude Marica Branchesi, professoressa al GSSI e associata all’INFN, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. 

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