Lampi di raggi gamma: cosa accade tra la vita e la morte di una Stella
Con il termine short gamma-ray burst si indica un fenomeno tra i più energetici dell'Universo, una violentissima esplosione di raggi gamma estremamente luminosa (rilascia qualcosa paragonabile a due milioni di trilioni di trilioni di megatonnellate di tritolo!) tale da essere osservabile anche da Galassie distanti. L'origine dell'evento non è sconosciuto agli astrofisici: ciononostante, i lampi di raggi gamma restano qualcosa di estremamente enigmatico per la scienza.
In principio c'erano le Stelle di neutroni
Quelle che gli scienziati chiamano "Stelle di neutroni" appaiono come uno dei possibili stadi finali dell'evoluzione stellari. Giganteschi nuclei atomici, tenuti saldamente insieme da un'attrazione gravitazionale cento miliardi di volte più intensa di quella della Terra, sono il residuo, collassato e densissimo, di una Stella di grande massa: per farci un'idea, le Stelle di neutroni condensano in un raggio di appena 10 chilometri l'equivalente del nostro Sole, decisamente concentrato.
Quando due oggetti celesti del genere sono uniti in un Sistema binario, orbitando l'uno intorno all'altro e riducendo gradualmente la distanza tra essi, possono giungere al punto di scontro: a questo punto si generano quegli short gamma-ray burst dalla brevissima durata (inferiore a due secondi). I modelli attuali prevedono che questi lampi di radiazione si manifestino quando l'unione di due stelle di neutroni ha come esito un collasso gravitazionale e la formazione di un buco nero: il disco di materia residua che inizialmente circonda il buco nero viene praticamente risucchiato in meno di un secondo generando elevatissima energia magnetica e termica che dà luogo al getto di energia e particelle da cui la radiazione gamma.
L'anomalia dei raggi X
Fenomeni del genere vengono ormai rilevati regolarmente da satelliti come lo Swift Gamma Ray Burst Explorer della NASA. Negli ultimi anni, così, gli scienziati hanno avuto modo di rilevare anche una successiva emissione di raggi X che può arrivare a durare diverse ore: si tratta di un tempo piuttosto lungo, se si pensa alla brevissima attività del buco nero che si è appena formato. Su questa anomalia si è focalizzata l'attenzione di Riccardo Ciolfi, Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento, e del suo collaboratore Daniel Siegel, studente di dottorato al Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute). I due ricercatori, in uno studio pubblicato da The Astrophysical Journal Letters, avanzano una possibile spiegazione.
Una effimera Stella supermassiva
Riccardo Ciolfi, primo firmatario del paper, ha spiegato come nel lavoro sia stata considerata la possibilità che l’unione di due Stelle di neutroni porti alla temporanea formazione di una stella supermassiva che, resistendo al collasso gravitazionale per un arco di tempo di qualche minuto o anche di qualche ora prima di originare il buco nero, continua ad emettere energia, nella forma della radiazione X che viene osservata a lungo dopo il lampo di raggi gamma. Simulazioni matematiche al computer hanno dimostrato che, a causa dei fortissimi campi magnetici, la Stella supermassiva si circonderebbe di una densa nube di materia ed energia: pochi istanti dopo il collasso a buco nero, si genera il getto prorompente che, attraversando indisturbato quella nube, produce la radiazione gamma.
Nel frattempo, però, la gran parte dell'energia che veniva emessa dalla Stella prima del collasso è ancora intrappolata in quella nube: ecco che, quindi, essa verrà rilasciata sotto forma di radiazione X su tempi più lunghi. Insomma – qui è l'aspetto interessante che dà al paper il titolo di Short Gamma-Ray Bursts in the "Time Reversal" Scenario – l'energia responsabile del segnale X viene emessa prima del collasso ma diviene osservabile solo dopo questo e, quindi, dopo il lampo gamma: questo ritardo, causato dall'azione della nube, è compatibile con la lunga durata della radiazione X che si osserva a seguito dell’esplosione di lampi gamma.
Finora si è sempre ritenuto che il picco di segnale in onde gravitazionali, generato dall'incontro delle due stelle di neutroni, e il rilascio di raggi gamma fossero eventi quasi contemporanei. Il nostro modello evidenzia invece che questi due eventi sono separati dalla "vita" della stella supermassiva, formatasi prima dell’inevitabile collasso a buco nero. Rivelatori di onde gravitazionali come Virgo (in Italia) e LIGO (negli USA), che saranno operativi già a partire da quest’anno, potranno dunque avvisare i satelliti gamma e X dell'evento imminente, dando loro la possibilità di seguirlo e catturarne i segreti. – Riccardo Ciolfi
