IPOTESI SUGGERITA DALLA RIDOTTA POLARIZZAZIONE DI GRB 190114C

Lampi gamma dal collasso di campi magnetici

Un nuovo studio internazionale condotto dall’Università di Bath, che vede coinvolti tre ricercatori associati Inaf, sembra fare luce sul misterioso fenomeno dei lampi gamma. Un livello sorprendentemente basso di polarizzazione della radiazione indica che il campo magnetico della stella potrebbe essere collassato, rilasciando l'energia che ha alimentato la prodigiosa esplosione. Tutti i dettagli su ApJ

     08/04/2020
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Impressione artistica del lampo gamma generato da una stella che sta collassando. Crediti: Università di Bath

Quando una stella massiccia di una galassia lontana collassa formando un buco nero, dal suo nucleo partono due giganteschi getti di plasma che emettono radiazione di altissima energia. Queste esplosioni estremamente luminose vengono chiamate lampi gamma (gamma-ray burst, Grb) e sono le esplosioni più potenti dell’universo. Quando il getto punta verso la Terra, il bagliore può essere rilevato da telescopi terrestri e spaziali. Il materiale non viene semplicemente catapultato fuori dalla stella che sta esplodendo, ma accelerato a velocità altissime lungo un fascio collimato che emette radiazione gamma.

La sorgente di energia che provoca queste straordinarie esplosioni è un qualcosa che ha sempre lasciato gli astrofisici piuttosto interdetti. Ora, un nuovo studio internazionale condotto dall’Università di Bath, che vede la collaborazione di tre italiani – Cristiano Guidorzi, Marco Marongiu Renato Martone, dell’Università degli Studi di Ferrara e Icranet, associati Inaf – sembra far luce su questo misterioso fenomeno.

Per i lampi gamma, molti astronomi preferiscono una spiegazione basata sul modello a getto barionico, il quale prevede che ripetute collisioni violente, tra il materiale espulso durante l’esplosione e il materiale che circonda la stella morente, producono il lampo di raggi gamma e il conseguente bagliore, che si affievolisce come la brace morente di un fuoco in espansione.

Una seconda ipotesi, chiamata modello magnetico, ipotizza invece che un enorme campo magnetico primordiale nella stella collassi in pochi secondi dall’esplosione iniziale, rilasciando energia per alimentare le prodigiosa esplosione.

Ora, per la prima volta, un team internazionale di ricercatori ha trovato prove a sostegno del modello magnetico, esaminando i dati del collasso di un’enorme stella in una galassia a 4.5 miliardi di anni luce di distanza. Sono stati avvisati del collasso della stella in seguito al rilevamento del lampo gamma (chiamato Grb 190114C) da parte dell’osservatorio spaziale Neil Gehrels della Nasa.

I ricercatori hanno notato un livello sorprendentemente basso di polarizzazione della radiazione gamma emessa dall’esplosione nei momenti immediatamente successivi al collasso della stella, indicando che il campo magnetico della stella doveva essere stato distrutto durante l’esplosione.

«Da studi precedenti, ci aspettavamo di rilevare una polarizzazione fino al 30 per cento nei primi cento secondi dopo l’esplosione», spiega Nuria Jordana-Mitjans, prima autrice dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal. «Quindi siamo rimasti sorpresi di misurare solo il 7.7 per cento in meno di un minuto dopo lo scoppio, seguito da un improvviso calo al 2 per cento subito dopo. Questo ci dice che i campi magnetici sono collassati in modo catastrofico subito dopo l’esplosione, rilasciando la loro energia e alimentando la brillante luce rilevata attraverso lo spettro elettromagnetico».

I Grb vengono rilevati da satelliti dedicati in orbita attorno alla Terra, tuttavia nessuno può prevedere dove o quando appariranno. Per catturare la luce del lampo, che diminuisce molto rapidamente dopo l’esplosione, gli scienziati si affidano a telescopi robotici caratterizzati da una risposta molto rapida e completamente autonomi. Pochi secondi dopo che l’osservatorio della Nasa ha identificato il Grb 190114C, i telescopi robotici situati nelle Isole Canarie e in Sudafrica hanno ricevuto la notifica della scoperta e, entro un minuto, stavano già raccogliendo dati sull’emissione.

«I nostri innovativi sistemi di telescopi sono completamente autonomi, indipendenti dall’intervento umano», dice Carole Mundell, astrofisica dell’Università di Bath e co-autrice dell’articolo, «quindi si sono mossi molto rapidamente e hanno iniziato a prendere osservazioni del Grb quasi immediatamente dopo la sua scoperta. È davvero straordinario riuscire a fare scoperte così importanti sull’importanza dei campi magnetici primordiali nell’alimentare un’esplosione in una galassia lontana, dalla comodità delle nostre case».

Media Inaf ha raggiunto Marco Marongiu, dottore di ricerca in fisica all’Università degli Studi di Ferrara e associato Inaf all’Osservatorio Astronomico di Cagliari, per comprendere l’importanza della scoperta. «Questo studio è fondamentale per cercare di capire meglio il comportamento e l’origine dei campi magnetici della materia espulsa da un Grb, e su come questi campi siano organizzati e strutturati in un getto. Il fatto che questo Grb sia caratterizzato da un’emissione prompt e afterglow così luminosa dal radio al TeV, e che il grado di polarizzazione scenda bruscamente durante la fase di shock inverso, suggerisce una possibile dissipazione e conseguente distorsione dei campi magnetici dell’outflow già nei primi istanti dell’esplosione del Grb, prima della fase di shock inverso».

«Questo tipo di analisi è molto prezioso perché richiede osservazioni nell’ottico dopo sole poche decine di secondi dall’esplosione del Grb e ad oggi non sono tanti i lavori di questo tipo. Osservazioni future aiuteranno sicuramente a capire meglio i meccanismi che governano questo tipo di fenomeno», conclude Marongiu.

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Lowly Polarized Light from a Highly Magnetized Jet of GRB 190114C” di N. Jordana-Mitjans, C. G. Mundell, S. Kobayashi, R. J. Smith, C. Guidorzi, I. A. Steele, M. Shrestha, A. Gomboc, M. Marongiu, R. Martone, V. Lipunov, E. S. Gorbovskoy, D. A. H. Buckley, R. Rebolo e N. M. Budnev