I gamma-ray burst di lunga durata sono tra gli eventi più energetici dell’universo, capaci di rilasciare in pochi secondi più energia di quanta il Sole ne emetta in 10 miliardi di anni. In un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, un gruppo di ricerca del Los Alamos National Laboratory ha interpretato due recenti gamma-ray burst di lunga durata – ritenuti originati dalla fusione di due stelle di neutroni – come eventi coerenti con una nucleosintesi prodotta da una collapsar: una stella massiccia in rapida rotazione che collassa su sé stessa formando un buco nero, liberando nel processo enormi scariche di energia gamma.
In questa immagine generata dall’intelligenza artificiale, una collapsar produce un gamma-ray burst.
Una delle chiavi interpretative dei gamma-ray burst prevede una distinzione netta in due categorie: i burst di breve durata, sotto i due secondi, sarebbero generati da fusioni di stelle di neutroni, mentre quelli di lunga durata, oltre i due secondi, sembrerebbero originare da collapsar.
I due gamma-ray burst di lunga durata protagonisti dello studio sono Grb 211211A, rilevato dal Fermi Gamma-ray Burst Monitor della Nasa nel 2021, e Grb 230307A, un burst di straordinaria luminosità rilevato dallo stesso strumento nel 2023. Utilizzando i dati Nasa, il gruppo ha modellizzato gli eventi per comprendere meglio la formazione delle kilonove – la luce associata alla sintesi di elementi pesanti – e quali elementi vengono o non vengono prodotti durante tali eventi.
Nonostante le prime ipotesi, sollecitate da caratteristiche anomale nei dati, avessero indicato in una fusione di stelle di neutroni la causa dei due gamma-ray burst di lunga durata, i risultati del gruppo riconducono all’interpretazione della collapsar, e impongono una rivalutazione delle assunzioni alla base della modellizzazione di questi eventi astrofisici estremi.
Nel caso di Grb 230307A, la particolare firma di elementi pesanti e l’emissione di luce infrarossa “rossa” avevano, stranamente, suggerito una fusione di stelle di neutroni come evento d’origine, sebbene il burst fosse di lunga durata. Gli elementi pesanti – quelli più pesanti del ferro, come oro, piombo e uranio – si formano infatti nei crogioli cosmici più intensi attraverso la cattura rapida di neutroni. L’anno scorso, però, il gruppo aveva previsto un nuovo meccanismo di formazione degli elementi associati alle collapsar, definendo un quadro teorico utile a interpretare i due eventi.
Ora, i ricercatori hanno trovato che una composizione elementare priva degli elementi più pesanti riproduce quasi perfettamente le osservazioni – come prevede il meccanismo delle collapsar.
«Ciò che abbiamo appreso è che, contrariamente alle interpretazioni attuali, il tipo di kilonova associato a questi gamma-ray burst di lunga durata non implica necessariamente la sintesi dell’oro, nonostante il segnale mostri una componente rossa tipicamente associata alla produzione di lantanidi», dichiara Matthew Mumpower, fisico teorico del Los Alamos. «Da questo lavoro emerge una spiegazione semplice, che richiede un modello a componente singola: le kilonove sono ancora più varie e difficili da interpretare di quanto pensassimo in passato».
Il gruppo ha eseguito le simulazioni sul supercomputer Chicoma del Laboratorio. Future osservazioni multi-messenger, comprese rilevazioni di onde gravitazionali, consentiranno agli astrofisici di valutare con maggiore precisione le origini cosmiche delle kilonove e dei gamma-ray burst a esse associati.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Kilonovae and Long-duration Gamma-Ray Bursts” di Marko Ristić, Brandon L. Barker, Samuel Cupp, Axel Gross, Nicole Lloyd-Ronning, Oleg Korobkin, Jonah M. Miller e Matthew R. Mumpower