La nuova kilonova ha portato gli astronomi a ripensare ciò che sappiamo sui lampi di raggi gamma

Ingrandire / Rappresentazione artistica di GRB 211211A. Esplosione Kilonova e raggi gamma sulla destra.

Aaron M. Geller/Nordovest/Sierra

Un anno fa, gli astronomi hanno rilevato un potente lampo di raggi gamma (GRB) che è durato circa due minuti e lo hanno chiamato GRB 211211A. Ora questo insolito evento ribalta l’ipotesi di lunga data che i GRB più lunghi siano la firma distintiva di una stella massiccia che diventa supernova. Invece, due team indipendenti di scienziati hanno identificato la fonte come il cosiddetto “kilonovacausato dalla fusione di due stelle di neutroni, secondo A nuova foglia Pubblicato sulla rivista Nature. Poiché si supponeva che le fusioni di stelle di neutroni producessero solo GRB brevi, la scoperta di un evento ibrido che coinvolge una kilonova con un GBR lungo è sorprendente.

“Questa scoperta rompe la nostra idea standard di lampi di raggi gamma”, ha detto la coautrice Eve ChaseH, un ricercatore post-dottorato presso il Los Alamos National Laboratory. “Non possiamo più presumere che tutti i lampi di breve durata provengano da fusioni di stelle di neutroni, mentre quelli di lunga durata provengano da supernove. Ora ci rendiamo conto che classificare i lampi di raggi gamma è molto più difficile. Questa scoperta spinge la nostra comprensione dei lampi di raggi gamma esplode all’estremo.

come siamo ho accennato primaI lampi di raggi gamma sono esplosioni ad altissima energia in galassie lontane che durano da millisecondi a diverse ore. il primo lampi di raggi gamma Se ne accorse alla fine degli anni Sessanta, grazie al lancio villa satelliti da parte degli Stati Uniti. Il loro scopo era rilevare le firme dei raggi gamma dei test sulle armi nucleari all’indomani del Trattato sul divieto dei test nucleari del 1963 con l’Unione Sovietica. Gli Stati Uniti temevano che i sovietici stessero conducendo test nucleari segreti, in violazione del trattato. Nel luglio 1967, due di quei satelliti captarono un lampo di radiazioni gamma che non era chiaramente la firma di un test di armi nucleari.

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Solo due mesi fa, diversi rilevatori satellitari hanno rilevato a Un potente lampo di raggi gamma passando attraverso il nostro sistema solare, inviando astronomi di tutto il mondo a cercare di puntare i loro telescopi su quella parte del cielo per raccogliere dati vitali sull’evento e sul suo bagliore residuo. Soprannominato GRB 221009A, è stato il più potente lampo di raggi gamma registrato fino ad oggi e probabilmente il “grido di nascita” di un nuovo buco nero.

Esistono due tipi di lampi di raggi gamma: brevi e lunghi. I classici GRB di breve periodo durano meno di 2 secondi e in precedenza si pensava che si verificassero solo dalla fusione di due oggetti ultra densi, come le stelle binarie di neutroni, producendo una kilonova di accompagnamento. I GRB lunghi possono durare da pochi minuti a diverse ore e si pensa che si verifichino quando una stella massiccia diventa una supernova.

Sovrapposta a un'immagine presa dal telescopio spaziale Hubble, questa immagine di Gemini North mostra il bagliore residuo nel vicino infrarosso della kilonova da un lungo GRB.
Ingrandire / Sovrapposta a un’immagine presa dal telescopio spaziale Hubble, questa immagine di Gemini North mostra il bagliore residuo nel vicino infrarosso della kilonova da un lungo GRB.

Gemini International Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / NASA / ESA

Gli astronomi dei telescopi Fermi e Swift hanno rilevato contemporaneamente l’ultimo lampo di raggi gamma lo scorso dicembre e determinato la posizione nella costellazione. Bootes. Questa rapida identificazione ha permesso ad altri telescopi in tutto il mondo di rivolgere la loro attenzione a questo settore, consentendo loro di catturare una kilonova nelle sue fasi iniziali. Ed era notevolmente vicino a un lampo di raggi gamma: circa 1 miliardo di anni luce dalla Terra, rispetto a circa 6 miliardi di anni per il lampo di raggi gamma medio rilevato finora. (La luce ha viaggiato dal GRB più lontano finora registrato per circa 13 miliardi di anni.)

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“Era qualcosa che non avevamo mai visto prima”, ha detto il coautore Simon DiShiara, astronomo della Penn State e membro del team Swift. “Sapevamo che non era associato a una supernova, la morte di una stella massiccia, perché era così vicino. Era un tipo di segnale luminoso completamente diverso, quello che associamo a una kilonova, l’esplosione causata dalla collisione di stelle di neutroni”.

Quando due stelle binarie di neutroni iniziano a ruotare nella loro spirale mortale, emettono potenti onde gravitazionali e si spogliano l’una dell’altra della materia ricca di neutroni. Quindi le stelle si scontrano e si fondono, producendo una nuvola calda di detriti che risplende di luce a più lunghezze d’onda. Sono i detriti ricchi di neutroni che gli astronomi ritengono producano luce kilonova visibile e infrarossa: il bagliore è più luminoso nello spettro infrarosso che nello spettro visibile, una firma caratteristica di un tale evento che deriva da elementi pesanti nel materiale espulso che bloccano la luce visibile ma lasciano entrare i raggi infrarossi passano attraverso.

Quando le stelle di neutroni si fondono, possono produrre espulsioni radioattive che alimentano un segnale kilonova.  Un lampo di raggi gamma osservato di recente si è rivelato indicare un evento ibrido precedentemente non rilevato che coinvolge una kilonova.
Ingrandire / Quando le stelle di neutroni si fondono, possono produrre espulsioni radioattive che alimentano un segnale kilonova. Un lampo di raggi gamma osservato di recente si è rivelato indicare un evento ibrido precedentemente non rilevato che coinvolge una kilonova.

Tempo del sogno

Questa firma è ciò che è stato rivelato dall’analisi post hoc di GRB211211A. E poiché il successivo decadimento di una fusione di stelle di neutroni produce elementi pesanti come oro e platino, gli astronomi hanno ora un nuovo modo per studiare come si formano questi elementi pesanti nel nostro universo.

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Diversi anni fa, il defunto astrofisico Neil Grills Ha suggerito che i lampi di raggi gamma più lunghi potrebbero essere prodotti dalle fusioni di stelle di neutroni. Sembra appropriato che l’Osservatorio Swift della NASA, chiamato in suo onore, abbia svolto un ruolo chiave nella scoperta di GRB 211211A e nella prima prova diretta di tale collegamento.

“Questa scoperta è un chiaro promemoria del fatto che l’universo non è mai stato completamente esplorato”. ha detto il coautore Gillian Rastingad, un dottorato di ricerca Studente alla Northwestern University. “Gli astronomi spesso danno per scontato che le origini dei GRB possano essere determinate dalla loro lunghezza, ma questa scoperta ci mostra che c’è ancora molto da capire su questi incredibili eventi”.

DOI: Natura, 2022. 10.1038/s41550-022-01819-4 (A proposito di DOI).

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