I gamma-ray burst (Grb) sono le esplosioni più luminose e violente dell’universo e, proprio per questo, la loro incredibile energia li rende dei veri e propri “fari” cosmici: illuminando la materia circostante, permettono di studiare l’ambiente in cui hanno avuto origine. Tuttavia, fino ad oggi, la regione compresa tra 1 e 100 parsec attorno a un Grb di lunga durata era rimasta pressoché inesplorata, poiché l’intensa radiazione ionizzante dell’esplosione impedisce l’uso della classica spettroscopia ottica per indagarne i misteri a quelle distanze. Uno studio pubblicato oggi sulla rivista Nature Astronomy, guidato dall’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), ha superato questo ostacolo utilizzando i raggi X per analizzare un campione rappresentativo di sette brillanti Grb osservati con il satellite Xmm-Newton dell’Agenzia spaziale europea (Esa).
Rappresentazione artistica di un gamma-ray burst. Crediti:
La ricerca dimostra come lo spettro dei Grb ottenuto nella banda X sia una vera e propria fotografia dello stato di fotoionizzazione dell’ambiente circostante. «Abbiamo ottenuto, per la prima volta, una misura diretta delle dimensioni e della densità del materiale interstellare che circonda il lampo gamma e che assorbe i raggi X», spiega Aishwarya Linesh Thakur, primo autore dello studio e ricercatore postdoc all’Inaf Iaps di Roma. L’accoppiata dimensioni-densità di oggetti astrofisici è come un’impronta digitale, e ne identifica in modo univoco la natura. Nel nostro caso, l’impronta è quella lasciata dalla regione di formazione stellare, grande diversi anni luce, che circonda il lampo gamma e ne assorbe i fotoni. Possono sembrare dimensioni enormi, non però se si considera che gli oggetti che abbiamo studiato sono a distanze di molti miliardi di anni luce».
La novità di questa ricerca risiede nel modello innovativo adottato per stimare la densità e le dimensioni della regione di formazione stellare attorno al lampo gamma. Le analisi, infatti, tengono conto della natura variabile nel tempo dell’emissione del Grb e dell’effetto della distanza dal mezzo circostante. «Questo risultato non solo dimostra con misure in raggi X che i lampi gamma lunghi sono il risultato di esplosioni di stelle giovani e massicce, ma rende operativa una nuova potente diagnostica: la tomografia in raggi X della formazione stellare con i lampi gamma», commenta Luigi Piro, ricercatore all’Inaf Iaps di Roma. «Oggi, con Xmm-Newton, abbiamo diagnosticato oggetti “relativamente” vicini, ma in futuro, grazie al grande osservatorio in raggi X New Athena, potremo spostare questa frontiera fino alle fasi di formazione delle prime stelle dell’universo».
Questi risultati forniscono uno dei legami più diretti tra i Grb di lunga durata e la formazione stellare, aprendo la strada alla spettroscopia a raggi X ad alta risoluzione come potente sonda per analizzare le regioni che ospitano queste esplosioni fino a redshift più elevati. Questo nuovo approccio trasforma i Grb da semplici eventi catastrofici in laboratori capaci di svelare la struttura profonda delle culle stellari.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Dense gas linked to star-forming regions photoionised by embedded gamma-ray bursts” di A. L. Thakur, L. Piro, A. Luminari, F. Nicastro, S. Savaglio, Y. Krongold e B. Gendre