CON LE OTTICHE ADATTIVE PER GUARDARE LONTANO

Mezzo secondo: la vita breve d’uno strano Grb

Un gruppo internazionale a guida Inaf ha mostrato che il lampo gamma Grb 200826A – di durata inferiore a due secondi, tipica dei lampi corti – è associato all’esplosione di una stella massiccia, cosa che di solito accade con i lampi gamma lunghi. Lo studio è basato su dati raccolti con il Large Binocular Telescope, usando per la prima volta un sistema di ottiche adattive per osservare una supernova associata a un lampo gamma

     08/06/2022
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Questa immagine ritrae la galassia nella quale sono stati osservati il lampo di raggi gamma Grb 200826A e la supernova ad esso associata, nel riquadro a destra del centro, mentre al centro si vede la stella brillante che è stata monitorata per correggere le perturbazioni atmosferiche con le ottiche adattive per osservare il Grb. I due riquadri in basso a destra mostrano un ingrandimento sulla galassia ospite, osservata in infrarosso con il Large Binocular Telescope (Lbt) grazie alle ottiche adattive del sistema Soul. Nel riquadro superiore si può vedere la galassia, mentre la supernova è visibile nel riquadro inferiore, una volta sottratto il contributo della galassia con un’immagine di riferimento ottenuta circa cinque mesi dopo l’osservazione della supernova stessa. L’immagine composita combina osservazioni realizzate con Lbt e il Telescopio nazionale Galileo (Tng) a dati di archivio raccolti con il telescopio Gemini. Crediti: A.Rossi (Inaf); Lbt; Tng; Gemini

Classificare i lampi di raggi gamma – rapidi fenomeni tra i più energetici dell’Universo – in base alla loro durata è l’approccio più semplice e comunemente adottato dalla comunità astronomica. Tuttavia, alcune recenti osservazioni hanno mostrato che questa classificazione non è sufficiente per rivelare in modo univoco la natura del fenomeno astrofisico da cui ha avuto origine il lampo. Ad esempio, Grb 200826A è un lampo gamma molto peculiare: con la sua durata di circa mezzo secondo è stato classificato come corto, ma alcune delle sue caratteristiche lo rendono più simile ai lampi lunghi.

Un nuovo studio, guidato da Andrea Rossi, ricercatore dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), ha mostrato che il lampo gamma Grb 200826A, osservato per la prima volta nel 2020, è associato a una supernova, cioè all’esplosione di una stella massiccia, a differenza degli altri lampi gamma corti. I risultati, basati su una campagna di un anno che ha coinvolto due importanti infrastrutture Inaf, il Large Binocular Telescope (Lbt) situato sul monte Graham in Arizona (Usa) e il Telescopio nazionale Galileo a La Palma, Isole Canarie, in Spagna, oltre all’Osservatorio Astronomico di Maidanak in Uzbekistan, sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal.

I lampi gamma, o Grb, acronimo del nome inglese Gamma Ray Burst, sono esplosioni che rilasciano getti di materia con velocità prossime a quelle della luce. Si tratta di eventi che osserviamo come lampi estremamente luminosi nelle frequenze dei raggi gamma, così intensi da sopraffare qualsiasi altra sorgente ad alte energie nel cielo. I lampi gamma hanno una durata variabile e si classificano in corti e lunghi. In particolare, i lampi corti, solitamente dovuti alla fusione di due stelle di neutroni o di una stella di neutroni con un buco nero, hanno una durata che va da poche decine di millisecondi fino a 2 secondi, mentre i lampi lunghi, che durano da 2 secondi fino a qualche minuto, sono associati all’esplosione di una stella di massa superiore a cinque-dieci volte quella del Sole, giunta alla fine del suo ciclo evolutivo.

«Per la prima volta sono state usate le ottiche adattive per osservare una supernova associata a un lampo gamma e grazie a queste osservazioni abbiamo mostrato che gli eventi dovuti al collasso di una stella massiccia non sono solo lampi gamma lunghi, ma possono essere anche lampi gamma corti», spiega Andrea Rossi, primo autore del nuovo studio, «e quindi la durata del lampo gamma non è un discriminante efficiente per comprendere l’origine di questi eventi».

L’upgrade del sensore di fronte d’onda per il sistema di ottiche adattive Soul su Lbt nel 2018. Crediti: Inaf/Soul

Il sistema di ottiche adattive di seconda generazione Soul (Single conjugate adaptive Optics Upgrade for Lbto) del Large Binocular Telescope, usato per le osservazioni in banda infrarossa con la camera Luci, è stato sviluppato dall’Inaf. Le ottiche adattive deformano in tempo reale lo specchio secondario del telescopio per compensare l’effetto delle turbolenze atmosferiche. Così, le prestazioni dello strumento migliorano, ottenendo immagini più nitide e raggiungendo anche le sorgenti più deboli. Di fatto, le ottiche adattive permettono di avere prestazioni confrontabili a quelle che si avrebbero con un telescopio nello spazio.

«Utilizzando il sistema di ottiche adattive assieme ad uno degli specchi da 8 metri di Lbt, siamo stati in grado di vedere la supernova svanire nella lunghezza d’onda infrarossa e individuare esattamente dove si è verificato l’evento all’interno della galassia. In confronto, è stato come localizzare la posizione di Lbt sul monte Graham dalla Luna», spiega il coautore Barry Rothberg del Large Binocular Telescope Observatory, che ha curato le osservazioni in ottica adattiva. «Questa osservazione dimostra il potere dell’utilizzo delle ottiche adattive per lo studio dei lampi di raggi gamma e ci permette di studiare le proprietà di questi eventi a distanze maggiori rispetto a quelle accessibili con le tecniche classiche».

Per effetto dell’espansione dell’Universo, la lunghezza d’onda a cui si osserva, sulla Terra, una sorgente molto distante è diversa dalla lunghezza d’onda con cui la stessa sorgente ha originariamente emesso la radiazione. Nel caso di questo lampo gamma, la cui radiazione ha viaggiato per circa 7 miliardi di anni prima di raggiungerci, un’osservazione nell’infrarosso a Terra corrisponde a una emissione da parte della sorgente in banda ottica. Le osservazioni di Lbt con le ottiche adattive in banda infrarossa permettono di osservare sorgenti remote per poi confrontarle con quelle più vicine e meglio conosciute, osservate in banda ottica. «Abbiamo trovato che le caratteristiche della sorgente osservata sono in accordo con altre supernove associate a lampi gamma», spiega Rossi.

Andrea Rossi, ricercatore Inaf a Bologna e primo autore dello studio sul lampo gamma Grb 200826A

Le supernove associate ai lampi gamma sono supernove di tipo Ic, originate dal collasso del nucleo di stelle molto massicce che hanno perso gran parte del loro involucro. «Vedere queste supernove associate a lampi gamma corti vuol dire che forse dobbiamo ripensare ad alcune caratteristiche di questi eventi», commenta Rossi. Il lampo Grb 200826A si trova in una galassia molto piccola e con un tasso di formazione stellare molto alto. Questo implica la formazione di un numero maggiore di stelle massicce che concludono la loro breve esistenza esplodendo in supernove, e – almeno in questo caso – emettendo anche il lampo gamma corto che abbiamo osservato. «I risultati del nostro studio ci hanno mostrato nuove potenzialità delle ottiche adattive», conclude il ricercatore. «Allo stesso tempo, ci pongono davanti a nuovi interrogativi: come può un lampo gamma associato a una supernova essere così corto? Cercheremo di capirlo nel prossimo futuro».

Allo studio hanno partecipato anche ricercatrici e ricercatori italiani delle Università della Calabria, di Ferrara, di Messina e di Trento, del Gran Sasso Science Institute, dello Space Science Data Center Asi e associati all’Istituto nazionale di fisica nucleare.

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “The peculiar short-duration GRB 200826A and its supernova”, di A. Rossi, B. Rothberg, E. Palazzi, D. A. Kann, P. D’Avanzo, L. Amati, S. Klose, A. Perego, E. Pian, C. Guidorzi, A. S. Pozanenko, S. Savaglio, G. Stratta, G. Agapito, S. Covino, F. Cusano, V. D’Elia, M. De Pasquale, M. Della Valle, O. Kuhn, L. Izzo, E. Loffredo, N. Masetti, A. Melandri, P. Y. Minaev, A. Nicuesa Guelbenzu, D. Paris, S. Paiano, C. Plantet, F. Rossi, R. Salvaterra, S. Schulze, C. Veillet e A. A. Volnova.