Il doppio compleanno di Swift

Il satellite Swift ha compito due importanti compleanni: poco più di 5 anni dalla sua attivazione e 500 esplosioni di raggi gamma osservate. Un lavoro eccezionale, forse poco conosciuto, ma che copre un intervallo di tempo enorme: dalle più vicine e recenti supernove ai lampi gamma emessi quando l’Universo aveva solo qualche centinaio di milioni di anni. Informazioni fondamentali sui fenomeni più energetici del Cosmo.

Il satellite, nato da una collaborazione tra la NASA, l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) e la PPRAC britannica è stato lanciato nel novembre del 2004 da capo Canaveral. Esso è formato da tre telescopi allineati. Il primo individua i lampi gamma e ne determina le coordinate, trasmettendo i dati a terra per allertare altri telescopi. Esso rivela anche i raggi X “duri” associati all’evento, coprendo l’intervallo energetico che va da 15 a 150 keV ( 1keV = 1000 elletronvolt). Il secondo fotografa e analizza lo spettro del lampo, lavorando tra 0.2 e 10 keV. Il terzo a grande risoluzione analizza l’evento nel visibile e nell’ultravioletto.

Il lampo 500 (in gergo vengono chiamati GRB, Gamma Ray Burst) ha il nome ufficiale di GRB 100413B ed è avvenuto nella costellazione di Cassiopea. La sua durata è stata lunga ed è probabilmente associato alla fine di una stella massiccia.

Rappresentazione artistica di un GRB

Un GRB più lungo di due secondi è causato dal collasso di una stella massiccia in rapida rotazione alla fine della sua vita. Nel momento del collasso getti di particelle e di radiazioni gamma vengono prodotti e lanciati nello spazio dal buco nero appena nato. Spesso sono due e diretti in direzioni opposte rispetto all’oggetto centrale. (Fonte: NASA/ CXC/M.Weiss)

I raggi gamma rappresentano la più energetica forma di emissione. Il primo evento osservato risale al 1967, ma fu reso pubblico solo nel 1973, dopo che si fu realmente sicuri che fosse un fenomeno lontanissimo e non invece associato a qualcosa di inerente il nostro sistema planetario. Oggi se ne studiano in media due al giorno e Swift è stato essenziale per dirigere i telescopi terrestri verso le fonti questa spaventosa energia. Al momento ne sono stati rilevati circa 6000.

Un satellite della NASA precedente (il Compton Gamma Ray Observatory) aveva già classificato le esplosioni gamma in due categorie: quelle lunghe (di durata maggiore di due secondi) e quelle rapide. Le prime sono circa tre volte più numerose delle seconde. Compton aveva anche mostrato che esse non potevano essere collegate solo alla nostra galassia, ma provenivano da qualsiasi zona dell’Universo. Fu il satellite italiano Beppo-SAX a stabilire nel 1997 la loro prima posizione precisa. L’osservazione del fenomeno successivo all’esplosione brevissima (la coda di emissione o “afterglow”) permise di confermare l’enorme distanza a cui sovente queste esplosioni avvenivano. Oggi è possibile studiare a varie lunghezze d’onda il post-evento.

E’ estremamente necessario localizzare subito la sorgente da terra, dopo l’avviso dato da Swift, in quanto a distanze dell’ordine dei 12 miliardi di anni, e anche più, le nubi di gas bloccano velocemente la luce ultravioletta e tutta la luce viene spostata verso l’infrarosso, molto difficile da osservare da terra. E’ quindi spesso una corsa contro il tempo.

Questo lavoro di equipe ha dimostrato che I GRB localizzati da Swift sono compresi tra I 100 milioni di anni luce e gli oltre I 13 miliardi. In altre parole, Swift riesce a vedere circa il 95% dell’età dell’Universo

La maggior parte dei GRB sono dovuti alla morte di stelle massicce. Durante il loro collasso si forma solitamente un buco nero circondato da un disco denso e caldo di materiale, chiamato disco di accrescimento. Molto spesso la caduta di questo materiale origina un getto potentissimo di materia ad altissima energia che si muove al 99.9% della velocità della luce. L’impatto violentissimo di esso con gli strati esterni della stella morente originano i raggi gamma. Durano pochissimo, ma è poi possibile osservarli anche nell’ottico mentre si estendono verso l’esterno diminuendo la propria energia (coda di emissione).

Tuttavia, quelli estremamente corti necessitano una spiegazione diversa. Essi si riferiscono probabilmente alla collisione o all’unione di una coppia di buchi neri o di un buco nero e una stella a neutroni. Questi oggetti, seguendo le previsioni di Einstein, devono dar luogo a onde gravitazionali. Esse non sono mai state osservate, ma dovrebbero essere collegate alla creazione di GRB di brevissima durata e spaventosa energia.

I maggiori successi della carriera di Swift possono essere riassunti come segue:

  • 17 dicembre 2004: il primo lampo gamma osservato con una durata di otto secondi, GRB 041217.
  • 9 maggio 2005: GRB 050509B nella coma di Berenice esplode con un flash gamma che dura solo 0.03 secondi. Per la prima volta si riesce a seguire il fenomeno con gli altri telescopi di Swift e si ricevono 11 fotoni X nella fase successiva (afterglow).
  • 4 settembre 2005: a una distanza di 12.77 miliardi di anni luce si osserva GRB 050904, nella costellazione dei Pesci. E’ il più lontano lampo gamma rivelato fino a quel momento.
  • 18 febbraio 2006: GRB 060218 esplode in Ariete a 450 milioni di anni luce. Sebbene molto debole il flash emette raggi gamma per più di 40 minuti e emissioni ottiche e X per più di 10 giorni. Il fenomeno sembra un ibrido tra un effettivo GRB e l’esplosione di una supernova. Porterà informazioni fondamentali per lo studio della connessione tra questi fenomeni.
  • 19 marzo 2008: GRB 080319B, nel Boote, è veramente straordinario. Esso produce una tale quantità di luce da essere visibile a occhio nudo, con una magnitudine di 5.3, malgrado sia a una distanza di 7.5 miliardi di anni luce.
  • 23 aprile 2009: GRB 090423 nel Leone batte il record di distanza con i suoi 13.04 miliardi di anni. Esso risulta essere ad di là delle galassie e i quasars confermati finora e diventa il più lontano oggetto dell’universo conosciuto. Ciò comporta che probabilmente le prime stelle e galassie si erano già ampiamente formate nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang e che qualcuna di essa aveva già avuto il tempo di esplodere in un lampo gamma.
GRB 090423

GRB 090423

  • 13 aprile 2010: Swift scopre il suo lampo numero 500 (GRB 100413B). Un flash lungo nella costellazione di Cassiopea.
I 500 GRB scoperti da Swift

I 500 GRB scoperti da Swift

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7 Commenti

  1. Qualche giorno fa ho visto un documentario su National Geographic e parlavano appunto dei raggi gamma. Li hanno descritti come gli eventi più energetici dell’intero universo e tramite una simulazione facevano vedere che la terra se fosse stata colpita da un raggio gamma entro una certa distanza sarebbe stata praticamente polverizzata… E questo tipo di eventi è stato descritto come risultato del collasso finale di due stelle neutroniche in rapita rotazione attorno al loro centro di massa.

    Ma se hanno durata solamente di pochi secondi come si fa a cercarli? Si punta a caso in qualche direzione e si aspetta di vederne uno? Un raggio supponiamo di 2 secondi è praticamente un fascio di luce lungo 600000 Km che vaga nell’universo? E ne viene emesso solamente uno di questi raggi o quanti?

    Miiii che casino…ma davvero affascinante! Bell’articolo!

    Grazie!

  2. @Lampo,
    si, si cerca di beccarli a caso e poi da terra si studiano le code di emissione…i dopo-LAMPO…. ah ah ah 😛 😛 :mrgreen:

  3. Molto interessante, solo che quando vedo 13 miliardi di anni luce scritto con 2 decimali mi si rizzano i capelli in testa (purtroppo pochi reduci) .
    Se tutto va bene la precisione su queste distanze sarà dell’ordine del 10% a essere ottimisti.

  4. @Teddy48,
    devo darti ragione… in realtà quell’elenco l’ho recuperato e tradotto pari pari e con esso anche i decimali. Se noti, spesso e volentieri taglio e scrivo “circa”, ma questa volta è scappato… Probabilmente il valore riportato era quello che veniva fuori dai calcoli e come tale può avere tutti i decimali che vuole. sarebbe bene però mettere anche l’errore relativo…. Chiedo venia anche per …loro :mrgreen: