Il lampo di raggi gamma più luminoso illumina la nostra galassia come mai prima d’ora

I raggi X dell’esplosione hanno illuminato 20 nubi di polvere nella nostra galassia, consentendo di determinare le loro distanze e le proprietà della polvere in modo più preciso che mai. Ma il mistero rimane. I detriti della stella in esplosione che ha prodotto il lampo di raggi gamma sembrano essere scomparsi senza lasciare traccia.

GRB 221009A è stato segnalato per la prima volta quando Neil Gehrells Swift Observatory della NASA Scopri i raggi X il 9 ottobre 2022. La sorgente sembra trovarsi nella nostra galassia, la Via Lattea, non lontano dal centro della galassia. Tuttavia, ci sono più dati da Swift e Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA Ben presto suggerì di essere troppo lontano. Note da Very Large Telescope all’Osservatorio europeo meridionale Quindi ha localizzato l’esplosione in una galassia molto più distante che si trova proprio oltre la nostra.

Essendo così lontano, circa due miliardi di anni luce anziché diverse decine di migliaia, significa che il GRB deve essere eccezionalmente luminoso.

“La differenza tra un tipico lampo di raggi gamma e questo è all’incirca uguale alla differenza tra una lampadina nel tuo soggiorno e i riflettori accesi in uno stadio sportivo”, afferma Andrew Levan della Radbound University nei Paesi Bassi, che ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/ESA, la Canadian Aerospace e Telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA per monitorare l’esplosione.

Statisticamente, si prevede che un raggio gamma luminoso come GRB 221009A si verifichi solo una volta ogni diverse migliaia di anni e potrebbe essere il lampo di raggi gamma più luminoso dall’inizio della civiltà umana. Quindi gli astronomi l’hanno soprannominata BARCA – la più brillante di tutti i tempi.

“Questo è stato un evento molto accattivante. Siamo stati molto fortunati ad assistervi”, afferma Alicia Rocco-Escurial, ricercatrice presso l’Agenzia spaziale europea che studia i GRB.

I calcoli mostrano che durante i pochi secondi in cui è durata l’esplosione, l’esplosione ha depositato circa gigawatt di energia nell’atmosfera superiore della Terra. Questa è la potenza equivalente di una centrale elettrica terrestre. “Sono stati emessi così tanti raggi gamma e raggi X che hanno eccitato la ionosfera terrestre”, afferma Erik Kuulkers, scienziato dell’ESA Project for Integral, uno dei veicoli spaziali che hanno scoperto il GRB.

Un certo numero di veicoli spaziali dell’ESA XMM-Newton, Solar Orbiter, BepiColombo, Gaia e SOHO hanno anche rilevato il GRB oi suoi effetti sulla nostra galassia. L’evento è stato così brillante che la radiazione residua, nota come bagliore residuo, è ancora visibile e lo sarà ancora per molto tempo. “Vedremo il bagliore di questo evento negli anni a venire”, afferma Volodymyr Savchenko dell’Università di Ginevra, in Svizzera, che attualmente sta conducendo un’analisi integrata dei dati.

Questa grande quantità di dati viene ora raccolta da strumenti completamente diversi per capire come si è verificata l’esplosione originale e come la radiazione ha interagito con altra materia nel suo viaggio attraverso lo spazio.

Un’area che ha già ottenuto risultati scientifici è il modo in cui i raggi X hanno illuminato le nubi di polvere nella nostra galassia. La radiazione ha viaggiato attraverso lo spazio intergalattico per circa due miliardi di anni prima di entrare nella nostra galassia. Poi ha incontrato la sua prima nuvola di polvere circa 60.000 anni fa e l’ultima circa 1.000 anni fa.

Ogni volta che un raggio X incontra una nuvola di polvere, disperde parte della radiazione, formando anelli concentrici che sembrano espandersi verso l’esterno. XMM-Newton dell’ESA ha osservato questi episodi per diversi giorni dopo il GRB. Le nuvole più vicine hanno prodotto gli anelli più grandi semplicemente perché appaiono più grandi attraverso la prospettiva.

Andrea Tiengo, Scuola Universitaria Superiore IUSS Pavia, Italia, e un team di astronomi hanno analizzato i dati per ricavare la distanza più precisa per ciascuna di queste nubi di polvere. “Sembra che la prima nuvola che l’ha colpita fosse ai margini della nostra galassia, lontano da dove di solito si vedono le nuvole di polvere galattica”, dice Andrea. Il team ha quindi dedotto le proprietà dei granelli di polvere nelle nuvole perché i raggi X sono dispersi in base alle dimensioni, alla forma e alla composizione della polvere.

Nel corso degli anni, gli astronomi hanno proposto una serie di diverse proprietà dei granelli di polvere, e così Andrea e i suoi colleghi sono stati in grado di testarle rispetto ai dati a raggi X. Hanno scoperto che un modello riproduceva molto bene gli episodi. In questo modello, i granelli di polvere erano composti principalmente da grafite, che è una forma cristallina di carbonio. Hanno anche usato i loro dati per ricostruire l’emissione di raggi X dal GRB stesso perché questo particolare segnale non è stato osservato direttamente da nessuno strumento.

Ma resta il mistero su quale oggetto sia esploso per creare il GRB. Andrew Levan ei suoi colleghi hanno utilizzato i telescopi Webb e Hubble per cercare tracce dell’esplosione e non ne hanno trovate. “È strano”, dice, “e non è del tutto chiaro cosa significhi”.

Una stella potrebbe essere così massiccia che, dopo l’esplosione iniziale, ha immediatamente formato un buco nero che ha inghiottito il materiale che avrebbe reso la nube gassosa nota come residuo di supernova.

Pertanto, c’è molto lavoro di follow-up da fare mentre gli astronomi continuano a cercare i resti della stella che è esplosa. Una cosa che cercheranno sono tracce di elementi pesanti come l’oro, che si pensa siano prodotti in esplosioni così massicce.

Note per i redattori:
Le ultime osservazioni di GRB 221009A, comprese quelle di XMM-Newton, James Webb Space Telescope e Integral, sono state presentate il 28 marzo 2023 durante una conferenza stampa al 20° meeting della High Energy Astrophysics Division dell’American Astronomical Society ( AAS) alle Hawaii, Stati Uniti. Trasmissione in diretta: https://www.youtube.com/c/AASPressOffice

“Strength of Rings: Soft X-ray Emission of GRB 221009A from the Dust Scattering Halo” di Andrea Tiengo presso al. , è stato pubblicato in Lettere del diario astrofisico: https://doi.org/10.3847/2041-8213/acc1dc

“Primo spettro JWST della seguente aurora GRB: nessuna supernova brillante nelle osservazioni del GRB più brillante di sempre, GRB 221009A” di Andrew Levan et al. , è stato pubblicato in Lettere del diario astrofisico: https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230323-172_Focus-on-the-Ultra-luminous-GRB-221009A