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    Qualcosa di grande è esploso in una galassia lontana, lontano... che cos'era?

    Rappresentazione artistica del satellite Swift che cattura un lampo di raggi gamma. Credito:NASA/Spectrum Astro

    Alle 22:49, ora dell'Australia occidentale, del 2 febbraio di quest'anno, i raggi gamma cosmici colpiscono il satellite della NASA, veloce, orbitando attorno alla Terra.

    Entro pochi secondi dal rilevamento, un avviso è stato inviato automaticamente allo Zadko Telescope dell'Università di Washington. È entrato in azione robotica, scattare immagini della posizione del cielo nella costellazione dell'Ofiuco.

    Ciò che è emerso dall'oscurità, dove prima non si vedeva niente, era un "transitorio ottico" rapidamente schiarente, che è qualcosa di visibile nel cielo per un breve periodo di tempo.

    L'evento, denominato GRB170202, era un lampo di raggi gamma molto energico (GRB). Dopo meno di un minuto, i raggi gamma si sono spenti, e il GRB appariva come un faro ottico che si schiariva e poi sbiadiva.

    Il telescopio Zadko ha registrato l'intera evoluzione dell'esplosione ottica. Durante il suo più grande sfogo, GRB170202 era equivalente in luminosità a milioni di stelle che brillano insieme dalla stessa posizione.

    Circa 9 ore 42 minuti dopo il GRB, il Very Large Telescope in Cile ha acquisito lo spettro della luce dal bagliore ottico.

    Ciò ha permesso di misurare una distanza dall'esplosione:circa 12 miliardi di anni luce. L'universo si è espanso fino a quattro volte più grande di allora, 12 miliardi di anni fa, il tempo impiegato dalla luce per raggiungere la Terra.

    GRB170202 era così lontano, anche la sua galassia ospite non era visibile, solo oscurità. Poiché il GRB era un transitorio, per non essere mai più visto, è come accendere una luce in una stanza buia (la galassia ospite) e cercare di registrare i dettagli nella stanza prima che la luce si spenga.

    Mistero del lampo di raggi gamma

    Il lampo di radiazioni gamma e il successivo transitorio ottico è la firma rivelatrice di un buco nero nato dal crollo catastrofico di una stella.

    Tali eventi sono rari e richiedono alcune circostanze speciali, inclusa una stella molto massiccia fino a decine di masse solari (la massa del nostro sole) che ruota rapidamente con un forte campo magnetico.

    Questi ingredienti sono fondamentali per lanciare due getti che perforano la stella in collasso per produrre il lampo di raggi gamma (vedi animazione)

    L'analogo più vicino (e il transitorio meglio compreso) a un GRB è un'esplosione di supernova da una stella in collasso. Infatti, alcuni GRB relativamente vicini rivelano prove di una supernova energetica legata all'evento.

    Le simulazioni mostrano che la maggior parte delle stelle in collasso non ha energia sufficiente per produrre un getto GRB, un cosiddetto scenario di "mancato avvio". Sia l'osservazione che la teoria mostrano che i GRB sono estremamente rari rispetto al verificarsi di supernovae.

    Le stelle che producono GRB nascono e muoiono entro alcune decine o centinaia di migliaia di anni, a differenza del nostro sole che esiste da miliardi di anni.

    Questo perché le stelle molto massicce esauriscono il loro carburante molto rapidamente, e subiscono un violento collasso gravitazionale che porta a un buco nero, sulla scala dei secondi.

    Telescopio Zadko curva di luce di GRB170202, che mostra l'esplosione in evoluzione e il successivo sbiadimento del bagliore ottico da secondi a ore dopo l'emissione di raggi gamma. Credito:Alain Klotz (collaborazione Zadko)

    Una pletora di buchi neri canaglia

    I tassi di formazione di buchi neri in tutto l'universo possono essere dedotti dal tasso di GRB. Sulla base del tasso di GRB osservato, ci devono essere migliaia di nascite di buchi neri che si verificano ogni giorno in tutto l'universo.

    Allora qual è il destino di questi mostri cosmici? La maggior parte sarà in agguato nelle galassie che li ospitano, occasionalmente divorando stelle e pianeti.

    Altri saranno in una danza di morte gravitazionale con altri buchi neri fino a quando non si fonderanno in un unico buco nero con uno scoppio di onde gravitazionali (GW), come la prima scoperta di un tale evento da parte del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

    Una nuova era

    Alla frontiera della comprensione della formazione dei buchi neri c'è la ricerca di un tipo speciale di GRB che segna la fusione (collisione) di due stelle di neutroni.

    I cosiddetti "GRB corti" sono lampi di radiazioni gamma che durano meno di un secondo e potrebbero essere la "pistola fumante" per le fusioni di stelle di neutroni.

    È importante sottolineare che le stelle di neutroni che si fondono dovrebbero essere rilevate dalla loro radiazione gravitazionale da LIGO. Quindi, un rilevamento coincidente nei raggi gamma, le onde ottiche e gravitazionali sono una possibilità reale.

    Questa sarebbe una scoperta monumentale che permetterebbe una visione senza precedenti della fisica della formazione dei buchi neri. La rivoluzione è come ascoltare la radio su un ricevitore degli anni '20 e poi guardare un moderno film con suono surround ad alta definizione.

    Sfide future

    Data la velocità di cui sopra di migliaia di buchi neri creati al giorno, sembra che il rilevamento coincidente di GRB e onde gravitazionali sia un gioco da ragazzi.

    Ma in realtà bisogna tener conto della limitata sensibilità di tutti i telescopi (e rivelatori). Ciò riduce il potenziale tasso di osservazione a qualche decina all'anno. Questo è abbastanza alto da ispirare una corsa globale alla ricerca delle prime sorgenti di onde gravitazionali coincidenti con le controparti elettromagnetiche.

    Il compito è estremamente difficile perché gli osservatori delle onde gravitazionali non possono individuare molto bene la posizione della sorgente. Per contrastare questo, una strategia di ricerca di onde gravitazionali coincidenti e rilevamenti elettromagnetici nel tempo può essere la soluzione migliore.

    La missione OzGrav dell'ARC Center of Excellence recentemente finanziata è quella di comprendere la fisica estrema dei buchi neri.

    Uno degli obiettivi è la ricerca di ottiche, radio e controparti ad alta energia coincidono con le onde gravitazionali dalla creazione del buco nero. L'Australia è pronta a svolgere un ruolo significativo in questa nuova era di "astronomia multi-messaggero".

    Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.




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