I Grb – i lampi di raggi gamma – vengono spesso definiti i fenomeni più violenti nell’universo dopo il big bang. Trattandosi, appunto, di raggi gamma (almeno nelle loro primissime fasi), per osservarli è necessario utilizzare telescopi spaziali, perché l’atmosfera terrestre agisce – fortunatamente per noi esseri viventi – da schermo nei loro confronti. Uno di questi telescopi, Swift, è stato per oltre vent’anni il “cacciatore di lampi gamma” per eccellenza: velocissimo nel puntamento, dotato di tre strumenti ad hoc per la rilevazione rapida dei Grb, ha consentito di scoprirne quasi cento all’anno. Ma ormai ha i giorni contati: il tentativo di salvarlo dal disintegrarsi nell’atmosfera terrestre è purtroppo naufragato (il satellite che doveva spingerlo di nuovo verso un’orbita più alta, Link, non ci è riuscito per problemi con il controllo dell’assetto). Come se non bastasse, pochi mesi prima del fallito soccorso di Swift era naufragato anche il progetto di realizzare un nuovo telescopio spaziale a essi dedicato, Theseus: la proposta, infatti, non ha superato le ultime fasi della selezione Esa per la futura missione M7.
Giancarlo Ghirlanda, dirigente di ricerca all’Inaf di Brera (sede di Merate), esperto di lampi di raggi gamma
Quale impatto potrà avere questo “uno-due” in parte inatteso sullo studio dei lampi gamma? E di quali strumenti possiamo disporre, a breve e medio termine, per continuare a osservarli? Lo abbiamo chiesto a Giancarlo Ghirlanda, astrofisico all’Inaf di Brera specializzato proprio nella ricerca sui lampi di raggi gamma.
Per chi studia i Grb pare prospettarsi un periodo non semplice. Com’è l’umore nella vostra comunità?
«La comunità scientifica che si occupa dei lampi di raggi gamma ha seguito con estrema trepidazione le operazioni della missione robotica Link della Katalyst Space, concepita per spingere il satellite Swift a un’orbita più elevata e ridurre l’attrito atmosferico, causa della sua progressiva caduta verso la Terra. Nei suoi 21 anni di attività dal lancio, il Neil Gehrels Swift Observatory (così rinominato in onore del principal investigator scomparso prematuramente nel 2017) ha rivelato oltre duemila Grb. La sua rapidità e precisione nel localizzare queste sorgenti hanno mostrato aspetti inediti della loro fisica e contribuito alla comprensione della loro origine. Attraverso i tre strumenti a bordo (Bat, Xrt e Uvot), Swift ha costruito un ricco archivio di osservazioni, dando frequentemente il via ad intense campagne di follow-up sia da terra sia dallo spazio per studiare l’emissione pan-cromatica dei Grb, dalla banda radio fino alle energie più elevate dei raggi gamma. Inoltre, l’individuazione di Grb estremamente distanti ha dimostrato la presenza di stelle di grande massa già quando l’universo aveva appena 500 milioni di anni. Il fallimento della missione Link ha dunque suscitato forte sconforto nella comunità scientifica dedita allo studio dei Grb e, più in generale, dei transienti galattici ed extragalattici».
Tra quanto è previsto che Swift smetta di funzionare?
«Il 26 agosto il team Swift ha deciso di riprendere le osservazioni, sospese da febbraio per tentare il salvataggio tramite la missione Link. Si pensa che Swift possa continuare a scrutare l’universo in cerca di transienti per qualche mese. Probabilmente entro la fine di novembre si disintegrerà nella sua inesorabile discesa nell’atmosfera terrestre. L’augurio è che in questo breve periodo Swift possa essere testimone di un’ultima grande scoperta, in aggiunta alle tante, che celebri degnamente l’impegno, la professionalità e la passione che il team internazionale Swift ha dedicato alla missione, rendendola una delle più proficue che abbiano mai volato. I dati raccolti da Swift sulle sorgenti astrofisiche transienti hanno prodotto più di seimila pubblicazioni scientifiche e hanno contribuito alla formazione di generazioni di giovani scienziate e scienziati».
Rappresentazione artistica del telescopio spaziale Swift. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
E dopo? Avete un satellite di riserva? Chi vi fornirà i dati, intendo dire?
«Rimane comunque in orbita il satellite Fermi che rivela circa 3-4 Grb alla settimana. A differenza di Swift, Fermi ha una strumentazione ideale per studiare il primo impulso del Grb, cioè la sua emissione nella banda gamma, ma non riesce a localizzare con precisione i Grb limitando quindi la possibilità di attivare le attività di follow-up da terra. Inoltre, quando Swift era ancora in ottima salute si sono uniti due nuovi satelliti a quelli che rivelano i Grb. Einstein Probe, lanciato nel gennaio del 2024, a guida cinese con la partecipazione dell’Esa, del Cnrs francese e del Max Planck Institute, riesce a monitorare circa un dodicesimo del cielo e rivela e localizza in media un Grb alla settimana. Il satellite Space Variable Objects Monitor (Svom), in orbita da giugno 2024, nato dalla collaborazione fra l’agenzia spaziale cinese (Cnsa), l’accademia cinese delle scienze (Cas) e l’agenzia spaziale francese (Cnes), ha invece molti strumenti a bordo e a terra per lo studio dell’emissione del Grb dalla banda gamma a quella ottica. Queste due missioni ora raccolgono l’eredità di Swift e, grazie alla nuova strumentazione che hanno a bordo, stanno aprendo nuovi orizzonti nello studio dell’universo transiente e dei Grb.
La vera rivoluzione della missione Swift, però, è stata la sua politica di condivisione dei dati raccolti. Rendendoli disponibili all’intera comunità scientifica immediatamente dopo la rivelazione del Grb, Swift si è assicurato il massimo ritorno scientifico garantito dalla pluralità dell’approccio di analisi e interpretazione dei suoi dati.
Rappresentazione artistica del telescopio spaziale Einstein Probe. Crediti: Chinese Academy of Sciences
Anche le missioni Einstein Probe e Svom, inoltre, hanno un termine che dipende dal loro stato di funzionamento oltre che dal finanziamento necessario per la gestione della missione. La missione Einstein Probe è stata recentemente estesa per altri tre anni. In ambito spaziale, ben prima del lancio di una nuova missione si deve approntare la successiva considerando piani di sviluppo (dallo studio preliminare al lancio) in media di 10-15 anni (e oltre 20 per le missioni di classe flagship). Negli ultimi anni sono state concepite diverse proposte di missione, sottoposte alla selezione competitiva delle agenzie spaziali internazionali tra cui Esa e Nasa, per lo studio nei prossimi decenni dei Grb e più in generale dell’universo transiente e multi-messaggero. Infatti, l’associazione del primo evento di onde gravitazionali, prodotte dalla fusione di due stelle di neutroni, con un Grb nel 2017 ha aperto la strada alla progettazione di missioni che siano in grado di rivelare efficientemente le controparti elettromagnetiche di onde gravitazionali, fra cui i Grb e le kilonove».
A proposito di selezione competitiva: la missione Theseus è stata scartata nella selezione per M7, anche se la decisione verrà formalizzata dall’Spc Esa solo a novembre. La fine di Swift potrebbe secondo lei portare a rivedere questa scelta?
«Difficile rispondere a questa domanda. Il processo di selezione si è avvalso della competenza di un team scientifico appositamente selezionato. Sicuramente, dato l’ampio spettro degli obiettivi scientifici di Theseus, la mancata selezione rappresenta la perdita di una preziosa opportunità per un’ampia comunità scientifica interessata allo studio dei transienti e all’astronomia multi-messaggera. Ci sono però altre opportunità che potrebbero nel medio-lungo termine risollevare le sorti della scienza dei Grb. Fra queste possiamo citare la proposta di missione X-ray Transient Array (Xtra), sottoposta recentemente alla valutazione della Nasa per la selezione delle missioni di classe Small Explorer (Smex) o la missione Gamma-Ray International Transient Array Observatory (Grinta), a guida italiana, proposta per la selezione delle missioni di classe Fast dell’Esa. In risposta alla call dell’Inaf per il finanziamento dello studio di una piccola missione scientifica italiana da sviluppare con l’Agenzia spaziale italiana (Asi), inoltre, sono state proposte alcune idee di missione che hanno i Grb fra i target primari. Oltre alle missioni di media-grande dimensione si aggiunge un’intensa attività di studio, realizzazione e lancio di piccoli satelliti (della classe Cube e Nano satellites) che possono rivelare i Grb e, nel caso di grandi costellazioni, arrivare a localizzarli con una buona precisione».
Va comunque detto che ormai ne avete osservati e studiati a migliaia, di Grb. Forse non c’è più tanto da scoprire? Oppure no?
«È vero che, dalla loro scoperta, alla fine degli anni Sessanta, fino a oggi, abbiamo rivelato migliaia di Grb grazie a vari satelliti, fra cui Swift, Fermi, Integral e BeppoSax. È pur vero che la maggior parte di questi eventi sono rappresentativi di quella parte della popolazione di Grb più luminosi che emettono fotoni prevalentemente nella banda hard X e soft gamma. L’accesso alla banda soft X da parte di nuove missioni come Einstein Probe e Svom sta svelando Grb più lunghi e meno luminosi di quanto finora osservato. Lo studio di questi nuovi eventi potrebbe aiutare a rispondere a domande ancora aperte, come ad esempio quale sia la natura del motore centrale, quale sia la struttura del getto relativistico responsabile dell’emissione del Grb. Ma non è finita qui: dopo l’evento dell’agosto 2017, prodotto dalla fusione di due stelle di neutroni, ci resta da scoprire se anche la coppia stella di neutroni-buco nero, il cui segnale gravitazionale è già stato rivelato, possa produrre un Grb e che proprieta’ abbia. Nell’ottica delle future rivelazioni di segnali di onde gravitazionali da parte degli interferometri attuali o dei loro successori più sensibili, come l’Einstein Telescope, non possiamo farci sfuggire l’emissione del Grb associato. Inoltre, la rivelazione di Grb a distanze simili o superiori a quelle delle più lontane galassie scoperte recentemente dal telescopio spaziale James Webb fornirebbe uno strumento complementare per comprendere i misteri della formazione delle prime stelle nell’universo primordiale. Per questo abbiamo bisogno di nuove missioni e nuove osservazioni che esplorino altri aspetti di queste sorgenti. Tutto ciò deve essere accompagnato da uno sforzo interpretativo che coniughi le nuove osservazioni e scoperte con la conoscenza che abbiamo acquisito in questi decenni grazie a missioni come Swift».