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Il lampo gamma che nasce dall’ipernova

E' stata la tremenda esplosione di una stella almeno 30 più massiccia del nostro Sole, avvenuta in una galassia nana, a generare il prolungato lampo di raggi Gamma (GRB) registrato il 2 luglio del 2013. La conferma arriva dallo studio condotto da un team in gran parte composto da astronomi dell’INAF, che sono riusciti a caratterizzare in dettaglio le caratteristiche della stella progenitrice e l’energia rilasciata nel cataclisma cosmico

 La supernova SN 2013dx e la sua galassia ospite, evidenziata dai due tratti perpendicolari, ripresa dallo strumento FORS2 del telescopio VLT dell'ESO il 27 luglio del 2013. Due galassie compagne sono ben visibili visibili a sud della sorgente


La supernova SN 2013dx e la sua galassia ospite, evidenziata dai due tratti perpendicolari, ripresa dallo strumento FORS2 del telescopio VLT dell’ESO il 27 luglio del 2013 in banda R (655 nm). Due galassie compagne sono ben visibili visibili a sud della sorgente

E’ stata l’immane esplosione di una stella di grande massa giunta alla fine del suo ciclo evolutivo – una supernova, o meglio, una ipernova in questo caso – a generare il lampo di raggi gamma denominato GRB130702A, avvenuto il 2 luglio 2013 e individuato dal telescopio spaziale Fermi. La conferma arriva dallo studio condotto da un team in gran parte composto da astronomi dell’INAF, che sono riusciti a caratterizzare in dettaglio le proprietà della stella progenitrice e l’energia rilasciata nel cataclisma cosmico.

«Nei rari casi in cui la distanza dall’esplosione stellare non è eccessiva è possibile studiare l’associazione tra GRB e supernova in dettaglio» dice Valerio D’Elia, dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, primo autore dell’articolo che descrive lo studio accettato per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics. «Questo è stato il caso di GRB130702A, associato alla supernova SN2013dx. L’esplosione, avvenuta a redshift 0.145 – corrispondente ad una distanza di circa 1 miliardo e 600 milioni di anni luce – ci ha consentito un monitoraggio estremamente approfondito. La campagna osservativa ha coinvolto il Telescopio Nazionale Galileo dell’INAF, alle isole Canarie, il Very Large Telescope dell’ESO, a Paranal, in Cile e il Rapid Eye Mount, un telescopio robotico dell’INAF che si trova a La Silla, in Cile. Per più di un mese, tutti questi strumenti hanno consentito di seguire l’evoluzione della supernova fornendo una mole incredibile di dati».

I gamma ray burst (GRB), sono intensi lampi di raggi gamma che possono durare da pochi millisecondi a qualche decina di minuti. Queste esplosioni stellari possono essere osservate fino miliardi di anni luce di distanza, quando l’ universo aveva solo il 4% dell’età che ha oggi. La fenomenologia dei GRB è molto variegata, tuttavia possiamo dividerli grossolanamente in due grandi famiglie: i “corti” che durano meno di due secondi, e si pensa siano prodotti dalla fusione di due stelle di neutroni (o di due buchi neri) e i “lunghi” la cui durata è maggiore di due secondi, associati all’esplosione di stelle massicce, almeno 30-40 masse solari. In particolari condizioni, il collasso del nucleo di queste stelle genera un buco nero o una stella di neutroni che è in grado di espellere energia e materia lungo l’asse di rotazione della stella: due potentissimi getti che producono il lampo gamma. Questa classe di GRB è associata a particolari tipi di supernovae, molto energetiche, le cosiddette supernovae di tipo Ib/c (o ipernovae).

L’evento di supernova SN2013dx ha un andamento temporale molto simile a quello della famosa SN2003dh, associata a uno dei GRB più luminosi mai osservati, GRB030329: «Sebbene sia il 25% meno luminosa e il 10% più rapida nella sua evoluzione – sottolinea Elena Pian, dell’INAF-IASF di Bologna, coautrice dello studio – per quanto riguarda l’evoluzione spettrale, le somiglianze maggiori si hanno con SN1998bw, forse in assoluto la supernova, associata ad un GRB, meglio studiata a causa della sua piccola distanza dalla Terra, circa 120 milioni di anni luce».

Il confronto dei dati acquisiti per SN2013dx con queste supernove campione ha consentito di stimare con grande precisione i parametri fisici della stella progenitrice. Essa ha una massa di circa 25 masse solari, un’energia cinetica di circa 3.5×1052 erg, pari all’energia luminosa emessa da 30 stelle come il sole durante tutta la loro esistenza, e nell’esplosione che ha portato alla supernova ha espulso circa sette masse solari di materia. La campagna di osservazioni spettroscopiche ha anche permesso di ottenere informazioni sull’ambiente in cui è esploso GRB130702A/SN2013dx. La galassia ospite oltre che essere di massa ridotta, come lo sono le tipiche galassie in cui esplodono i GRB, è molto vicina a due galassie più grandi, con le quali potrebbe essere in interazione. «Un fatto estremamente interessante emerso da questo studio – aggiunge Massimo Della Valle, direttore dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, anch’egli nel team – sono le forti analogie mostrate da questa supernova anche con un’altra ipernova, la 2010ah, che però non era associata ad un GRB. Perché in alcuni casi una supernova riesca a produrre un GRB e in altri no, è una domanda alla quale ancora non sappiamo rispondere con certezza».

Al team internazionale autore di questo studio hanno partecipato ricercatori appartenenti a quattro strutture INAF: Valerio D’Elia, Silvia Piranomonte, Angelo Antonelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma); Andrea Melandri, Paolo D’Avanzo e Giampiero Tagliaferri (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera); Elena Pian, Eliana Palazzi (INAF-IASF Bologna) e Massimo Della Valle (INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte), oltre a ricercatori italiani attualmente in forza ad istituti all’estero, come Milena Bufano del Millennium Institute of Astrophysics di Santiago, Daniele Malesani del Dark Cosmology Center di Copenhagen e Paolo Mazzali della John Moores University di Liverpool.

Per saperne di più:

  • l’articolo SN 2013dx associated with GRB 130702A: a detailed photometric and spectroscopic monitoring and a study of the environment di Valerio d’Elia et al. accettato per la pubblicazione sulla rivista Astronomy&Astrophysics