Corti o lunghi, i GRB sono fenomeni straordinari

I Gamma Ray Burst (GRB), tradotti in italiano come “esplosioni” o “lampi gamma” sono probabilmente i fenomeni energetici più potenti dell’Universo. Essi sono normalmente associati a buchi neri e a stelle di neutroni, a seconda della durata temporale. Due recenti ricerche mi hanno stimolato a parlarne un po’ più diffusamente.

Tre “pilastri” delle osservazioni astronomiche più avanzate (Swift, Hubble e Chandra) hanno studiato uno dei lampi gamma più strani mai individuati. La sua durata supera abbondantemente quanto osservato finora: dopo oltre una settimana la radiazione ad alta energia continua imperterrita a prodursi, aumentando e affievolendo la sua luminosità. Generalmente i GRB più lunghi non superano le poche ore. La spiegazione più accreditata, al momento e in attesa di nuovi studi, presuppone la distruzione per effetto mareale di una stella avvicinatasi troppo al centro della sua galassia, il cui gas sta precipitando verso il gigantesco buco nero centrale. La materia in caduta, combinata con la rotazione dell’oggetto supermassiccio, produrrebbe il getto gamma lungo l’asse di $rotazione$. Se noi fossimo proprio in direzione di questo getto (osservabile sia nel gamma che nell’X ) si potrebbe assistere ad un evento energetico di tale durata.

L’esplosione è cominciata il 28 di marzo, quando Swift l’ha scoperta nella costellazione del Draco. Una dozzina di telescopi sono stati subito puntati in quella direzione ed è stata osservata una $galassia$ estremamente vicina. Hubble, il 4 aprile ha localizzato perfettamente la sorgente proprio al centro di questa $galassia$ distante circa 3,8 miliardi di anni luce. Lo stesso giorno Chandra ha ottenuto un’esposizione di quattro ore della sorgente e confermato senza ombra di dubbio che l’origine era proprio nel centro della $galassia$. La straordinaria, duratura e variabile emissione supera da migliaia a milioni di volte l’energia che normalmente viene prodotta da GRB nella nostra stessa $galassia$. Si sta probabilmente assistendo al “pasto” di un’intera stella da parte di un buco nero galattico.

Lo straordinario GRB di lunghissima durata

Lo straordinario GRB di lunghissima durata (chiamato GRB 110328A ) osservato in una $galassia$ della costellazione del Draco, distante circa 3,8 miliardi di anni luce da noi.

Non è la prima volta che si assiste a questo spettacolo, ma mai così violento e per tanto tempo. Forse, come già detto prima, la particolare e favorevole direzione del getto permette di osservarlo nella sua massima potenza. Ricordiamo che la materia coinvolta raggiunge velocità prossime a quella della luce. Hubble sta ora aspettando di osservare il cambiamento di luminosità del nucleo galattico.

Molte altre volte, i GRB sono invece estremamente corti nella loro durata. In questo caso si pensa comunemente che siano causati dalla fusione di due stelle di neutroni. Un super computer tedesco a Potsdam ha simulato questo fenomeno e avvalorato l’ipotesi teorica. Esso ha descritto la collisione di due stelle di neutroni e ha dimostrato come questo evento possa produrre la struttura magnetica atta a causare il getto ad alta velocità associato al breve lampo gamma. Non è stata impresa da poco, dato che il fenomeno è brevissimo, dell’ordine di 35 millisecondi, tre volte più veloce del battito di ciglia. GRB di questo tipo emettono normalmente, nel giro di pochi secondi, più energia di quella prodotta dalla nostra intera $galassia$ in un anno intero. La simulazione ha permesso di seguire nei dettagli la formazione del $campo$ magnetico straordinariamente intenso durante la fusione delle due stelle. Vale la pena descrivere brevemente i singoli passi del processo.

La simulazione comincia con due stelle di neutroni orbitanti a una distanza reciproca di una ventina di chilometri. Ognuna ha una massa di 1,5 volte quella del Sole, compressa in un volume di circa 25 km di diametro. Il $campo$ magnetico associato è un trilione di volte quello del Sole. In 15 millisecondi le due stelle collidono, si fondono e si trasformano in un buco nero rotante di massa pari a 2.9 volte quella della nostra stella. L’orizzonte degli eventi ha dimensioni di solo 10 km. La materia superdensa raggiunge temperature dell’ordine dei miliardi di gradi. La fusione aumenta sensibilmente la potenza del $campo$ magnetico anche se crea un certo scompiglio nella sua direzione. Nei successivi 11 millisecondi, il gas che ruota vorticosamente a velocità prossime a quella della luce, intensifica ancora di più il $campo$ magnetico che, alla fine, raggiunge valori migliaia di volte quello originario delle due stelle di neutroni. Esso si organizza geometricamente formando nel contempo due getti di particelle ultra veloci lungo l’asse di rotazione del buco nero, che causano il lampo di raggi gamma.

La sequela di immagini ottenute durante la simulazione al computer della fusione di due stelle di neutroni che si trasformano in un buco nero

La sequela di immagini ottenute durante la simulazione al computer della fusione di due stelle di neutroni che si trasformano in un buco nero. Esso emette i getti che causano il GRB. (Fonte: NASA/AEI/ZIB/M. Koppitz and L. Rezzolla)

La prova finale di questo meccanismo di fusione sarà data quando, finalmente, si riusciranno a rilevare le onde gravitazionali attese sicuramente in un processo di questo tipo. Purtroppo, anche se inviate, sono ancora troppo deboli per gli strumenti attuali. Non ci resta che aspettare e vedrete che il tempo non sarà lungo…

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11 Commenti

  1. Mamma mia che impressione leggere certi numeri…da brivido davvero!

    Ma se non esiste ancora una fisica in grado di descrivere i buchi neri e ciò che succede al loro interno, come si fa a dire che due stelle di quel tipo daranno origine ad un buco nero con orizzonte degli eventi di 10 Km…? Non è buttato lì così come numero…? 😕

    Lampo…gamma… 🙂

  2. caro Lampo,
    la fisica attuale permette di descrivere i buchi neri, sia quelli statici sia quelli rotanti e carichi. Ciò che capita all’esterno è perfettamente previsto. Purtroppo non possiamo verificare cosa succeda “osservativamente” al loro interno, per ovvi motivi. I n umeri non sono buttati a caso, ma seguono i modelli dei buchi neri a seconda della loro massa. Tra non molto, dovrebbe uscire un articolo proprio sulla descrizione dei buchi neri… 🙄

  3. Slurp! Non vedo l’ora di leggere l’articolo sui buchi neri! 🙂
    Nel frattempo, sembra che sia stato effettivamente trovato il bosone di Higgs…. O, ancora meglio, qualcosa che gli somiglia, ma ha anche dei lati insoliti…. 😎
    Ne sai qualcosa, Enzo?

  4. Già red, in effetti circolava questa strana notizia. C’è chi parla di una particella formata da 4 quark. @Lampo per sapere cosa succede VERAMENTE all’interno del buco nero dovremmo esistere al suo interno: io non ci proverei… 😆 😆 😆

  5. cari signori!
    abbiamo un administrator che non sembra nemmeno umano nella sua rapidità di intervento. Grande Stefanooooo!!!! 😀 Che sia un alieno? Sicuramente il suo fido Fylip ha tutte le caratteristiche di provenire dal pianeta BauBau Canis Majoris… 😯
    Non mi picchiate se tarderò a risponedere alle moltissime domande che arriveranno, ma da venerdì a lunedì mattina sarò -forse- senza computer (me ne vado sul lago maggiore a fare lo…scrittore). Ne vedremo delle belle, grazie a penrose e al suo diagramma…. Ohi ohi 🙁

  6. @enzo
    Magari fossi così rapido come dici tu, sono sempre “investito” dagli eventi! Ma come sarà? E poi ci metti meno tempo tu a scrivere un articolo che io a pubblicarlo! :mrgreen:

  7. @Stefano Simoni: Grande!! Non vedo l’ora!!
    @Enzo: Stai promuovendo il tuo libro? Se sei sul lago Maggiore, non sei molto distante da me…..
    Se mi libero da qualche impiccio, magari posso venire ad offrirti un caffè e a farti autografare il libro della piccola astrofila….

  8. caro Red,
    sarebbe magnifico! Io sarò a Belgirate, all’Hotel Villa Carlotta e a partire dalle ore 17 di sabato inizierò la presentazione 😛

  9. 🙄 Mmmm….. Sabato ho un’impegno a Sesto Calende…
    Se riesco ad anticiparlo, sono proprio in zona……
    Bella, villa Carlotta!!! Il buffet giallo zafferano mi stuzzica…. 😆