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Un’esplosione di raggi gamma apocalittica

Il satellite dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) Integral, il cui scopo è quello di osservare il cielo alle lunghezze d’onda dei raggi gamma (la...

Il satellite dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) Integral, il cui scopo è quello di osservare il cielo alle lunghezze d’onda dei raggi gamma (la radiazione più energetica dello spettro elettromagnetico), ha rilevato una delle esplosioni di raggi gamma più violente mai finora viste. Una meticolosa analisi dei dati ha permesso per la prima volta di indagare sulle fasi iniziali dell'esplosione di una stella gigante che ha espulso getti di materia a velocità prossime a quella della luce, e a convalidare alcune ipotesi relative ai meccanismi che ne stanno alla base.

 

L’osservatorio orbitante per raggi gamma Integral.

 

Il 19 dicembre 2004, Integral registrò tutte le fasi di questo evento parossistico, uno dei gamma-ray burst (GRB) più energetici tra quelli finora osservati. La durata di questo evento di straordinaria luminosità è stato di poco inferiore ai 9 minuti ed ha permesso di indagare su una proprietà della radiazione elettromagnetica nota come polarizzazione. È risultato che il flash di raggi gamma emessi da GRB 041219 A (questa è la sigla con cui è stata battezzata questa sorgente) erano fortemente polarizzati e variabili in intensità e orientamento della polarizzazione stessa. La polarizzazione è un fenomeno che riguarda la direzione di vibrazione del vettore campo elettrico di un’onda elettromagnetica rispetto alla sua direzione di propagazione, e consiste nella predominanza di una particolare direzione di vibrazione tra tutte quelle possibili. Nel caso della luce visibile, ad esempio, gli occhiali polarizzati fanno passare soltanto la luce polarizzata in una certa direzione bloccando la maggior parte di quella polarizzata in altre direzioni.

Secondo le attuali conoscenze, uno dei meccanismi che può produrre l'esplosione di un GRB è quello di un oggetto gassoso che si muove ad altissima velocità a partire da un “motore centrale”, molto probabilmente un buco nero generato dal collasso di una stella supermassiccia.


 

Riproduzione artistica delle regioni centrali di una stella supergigante poco prima della sua implosione. Il ‘gamma ray burst’ è probabilmente generato da un getto di particelle relativistiche che provengono dal “motore centrale”, verosimilmente un buco nero prodotto dal collasso della stella.

 

Nel caso dei GRB, la polarizzazione è correlata alla struttura del campo magnetico del getto di materia, che rappresenta quindi uno dei parametri con cui è possibile studiare i meccanismi che producono il getto stesso. In un primo scenario, delineato per cercare di spiegare i meccanismi responsabili di questo evento straordinariamente energetico, il getto di materia trasporterebbe nello spazio una parte del campo magnetico del motore centrale; un secondo modello riguarda il caso estremo in cui il getto non contenga gas ma sia costituito soltanto dal campo magnetico; un terzo implica che il getto generi il campo magnetico a una certa distanza dal buco nero; è stato infine proposto un quarto modello in cui il getto si muove attraverso un campo di radiazione preesistente.
In ciascuno dei primi tre scenari, la polarizzazione è generata da radiazione di sincrotrone: il campo magnetico intrappola gli elettroni e li accelera a velocità relativistiche su traiettorie a spirale, con la conseguente emissione di radiazione polarizzata. Nel quarto scenario la polarizzazione ha origine invece a seguito delle interazioni tra gli elettroni nel getto ed i fotoni del campo di radiazione esistente.
L’analisi dei dati fa propendere per il modello di sincrotrone, e che dei tre scenari il più probabile sia il primo, in cui il getto di materia trascina il campo magnetico del motore centrale nello spazio. Sfortunatamente molti GRB sono troppo deboli perché sia possibile misurare con gli strumenti di cui disponiamo attualmente il livello di polarizzazione della radiazione che emettono, per cui sarà difficile in un prossimo futuro poter convalidare le conclusioni di questo studio.

Se un evento del genere coinvolgesse una stella presente in un raggio di alcune centinaia di anni luce da noi, molte delle attività biologiche presenti sulla Terra verrebbero “sterilizzate”.

 

7 aprile 2009 | Mario Di Martino