EVENTO RARO AVVENUTO 3.8 MILIARDI DI ANNI DOPO IL BIG BANG

Lampo gamma da record nell’universo adolescente

Il lampo gamma corto Grb 181123b, generato solo 3.8 miliardi di anni dopo il Big Bang, è l'evento più distante rilevato con un afterglow ottico. Incredibilmente veloci e deboli, questi eventi sono notoriamente difficili da cogliere, e Grb 181123b offre l'opportunità rara di studiare questi sistemi in un universo ancora giovane, nel quale le stelle di neutroni potrebbero fondersi rapidamente. Tutti i dettagli su ApJ Letters

     14/07/2020
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L’afterglow di Grb 181123b, catturato dal telescopio Gemini Nord, contrassegnato con un cerchio. Crediti: International Gemini Observatory / NoirLab / Nsf / Aura / K. Paterson & W. Fong (Northwestern University). Image processing: Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani e Davide de Martin

Più lontano si trova un oggetto nell’universo, più debole appare attraverso l’obiettivo di un telescopio. Quindi, quando un team di astrofisici guidato dalla Northwestern University ha rilevato un afterglow di un lampo gamma corto (sGrb, acronimo di Short Gamma Ray Burst) posto a 10 miliardi di anni luce di distanza, grande è stata la sorpresa, visto che gli afterglow sono segnali incredibilmente deboli e veloci – durando a volte solo poche ore. L’esplosione in questione – conosciuta come Grb 181123b – è avvenuta solo 3.8 miliardi di anni dopo il Big Bang. Si tratta del secondo sGrb confermato più distante mai rilevato e dell’evento più distante mai rilevato con un afterglow ottico. Lo studio è stato pubblicato oggi su Astrophysical Journal Letters.

«Di certo non ci aspettavamo di scoprire un sGrb distante, poiché sono estremamente rari e molto deboli», speiga Wen-fai Fong della Northwestern, co-autrice dello studio. «Abbiamo eseguito una sorta di “indagine forense” con i telescopi per capire il suo ambiente locale, perché l’aspetto della sua galassia ospite può dirci molto sulla fisica alla base di questi sistemi».

«Pensiamo che questa sia la punta dell’iceberg in termini di sGrb distanti», aggiunge Kerry Paterson, prima autrice dello studio. «Questo ci motiva a studiare ulteriormente gli eventi passati e a esaminare intensamente quelli futuri».

I lampi gamma corti sono tra le esplosioni più energiche e luminose dell’universo, e molto probabilmente si verificano quando due stelle di neutroni si fondono. Gli astronomi, in genere, di sGrb abbastanza ben localizzati da poter condurre ulteriori osservazioni ne rilevano solo sette o otto ogni anno. E poiché i loro afterglow in genere durano al massimo poche ore prima di svanire, raramente rimangono abbastanza a lungo da consentire agli scienziati di dare un’occhiata più in dettaglio.

Ma con Grb 181123b gli astronomi hanno avuto fortuna. L’osservatorio Neil Gehrels Swift della Nasa ha rilevato per la prima volta l’evento la notte del 22 novembre 2018. Nel giro di poche ore, il team ha potuto accedere in remoto all’Osservatorio internazionale Gemini, utilizzando il telescopio Gemini Nord, situato in cima a Mauna Kea alle Hawaii. Usando questo telescopio da 8.1 metri, i ricercatori sono riusciti a osservare l’afterglow ottico di Grb 181123b. Grazie alle osservazioni di follow-up condotte con il Gemini Sud in Cile, il Mmt in Arizona e il Keck alle Hawaii, il team ha capito che Grb 181123b può essere più distante della maggior parte dei sGrb osservati finora.

I lampi gamma corti esplodono in tutto l’universo. Questa è una rappresentazione artistica di come Grb 11823b si confronta con altri lampi gamma corti. Tranne quando vengono rilevati dagli osservatori di onde gravitazionali, i lampi gamma possono essere rilevati dalla Terra solo quando i loro getti di energia sono puntati verso di noi. Crediti: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pollard/K. Paterson & W. Fong (Northwestern University). Image processing: Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani & Davide de Martin

Per scoprire la distanza dell’sGrb dalla Terra, il team si è servito dello spettrografo nel vicino infrarosso montato sul Gemini Sud: dallo spettro della galassia ospite, i ricercatori hanno capito di aver scoperto un Sgrb distante.

Dopo aver identificato la galassia ospite e calcolato la distanza, Fong, Paterson e il loro team sono stati in grado di determinare le proprietà delle popolazioni stellari all’interno della galassia stessa. Poiché Grb 181123b è apparso quando l’universo aveva solo circa il 30 per cento della sua età attuale – durante un’epoca nota come mezzogiorno cosmico – ci sta offrendo una opportunità davvero rara di studiare le fusioni di stelle di neutroni quando l’universo era adolescente.

Quando si è verificato Grb 181123b, l’universo era incredibilmente frenetico, con stelle in rapida formazione e galassie in rapida crescita. Le massicce stelle binarie hanno bisogno di tempo per nascere, evolversi e morire, trasformandosi in una coppia di stelle di neutroni che alla fine si fondono. «Per molto tempo non si è saputo quanto impiegassero le stelle di neutroni – in particolare quelle che producono sGrb – a fondersi», conclude Fong. «Trovare un sGrb a questo punto nella storia evolutiva dell’universo suggerisce che, in un momento in cui si stavano formando molte stelle, la coppia di stelle di neutroni potrebbe essersi fusa abbastanza rapidamente».

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