Uno studio pubblicato su Natura rivista con le osservazioni del telescopio robotico MASTER-IAC dell'Osservatorio del Teide aiuterà a chiarire alcune incognite nella fase iniziale e nell'evoluzione degli enormi getti di materia ed energia che si formano in conseguenza di queste esplosioni, che sono i più potenti dell'universo.

I lampi di raggi gamma sono tra gli eventi più energetici ed esplosivi dell'universo. Sono così fugaci, durata da pochi millisecondi a circa un minuto che osservarli accuratamente è stato, fino ad ora, un compito difficile. Utilizzando diversi telescopi terrestri e satellitari, tra questi il ​​telescopio robotico MASTER-IAC, dell'Università statale di Mosca, situato nell'Osservatorio del Teide (Tenerife) un team internazionale guidato dall'Università del Maryland (USA) e al quale hanno preso parte ricercatori dell'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha osservato una di queste esplosioni con dettagli senza precedenti. L'evento, denominato GRB160625B, ha rivelato dettagli chiave sulla fase iniziale dell'esplosione di raggi gamma e sull'evoluzione degli enormi getti di materia ed energia che si formano a seguito di essa.

"Le esplosioni di raggi gamma sono eventi catastrofici, legati all'esplosione di stelle massicce, circa 50 volte più grande del nostro sole" spiega Eleonora Troja, un ricercatore all'UMD e il primo autore dell'articolo. "Se classifichiamo tutte le esplosioni nell'universo in base alla loro energia, i lampi di raggi gamma sarebbero appena inferiori al Big Bang. In pochi secondi il processo può emettere tanta energia quanto il sole durante tutta la sua vita. Per questo motivo siamo molto interessati a sapere come si verificano questi fenomeni.

Le osservazioni hanno rivelato alcuni dei dettagli sconosciuti sul processo in cui si evolve un'esplosione di raggi gamma mentre una stella morente collassa e si trasforma in un buco nero. In primo luogo i dati suggeriscono che il buco nero produce un forte campo magnetico, che all'inizio controlla i getti in cui viene emessa energia. Poi quando il campo magnetico decade la materia prende il controllo e inizia a dominare i getti. La maggior parte degli specialisti in lampi di raggi gamma pensava che i getti fossero dominati dalla materia o dal campo magnetico, ma non da entrambi. Ora i risultati di questa ricerca, da pubblicare domani in Natura rivista suggeriscono che entrambi i fattori giocano un ruolo fondamentale.

Formazione di buchi neri

"Pochi secondi dopo il rilevamento di un lampo di raggi gamma da parte del satellite Fermi della NASA, il telescopio robotico MASTER-IAC ha iniziato ad osservare questo fenomeno altamente energetico a lunghezze d'onda visibili, che durò solo pochi secondi. Questo ci ha permesso di misurare la polarizzazione della radiazione emessa e in questo modo conoscere la natura dei processi fisici coinvolti" spiega Rafael Rebolo, direttore dell'IAC e uno degli autori dell'articolo. "In futuro" aggiunge "con i telescopi del CTA (Cherenkov Telescope Array) da installare alla Palma, sarà possibile osservare questo tipo di fenomeni, legati alla formazione di buchi neri, in dettaglio a un'energia molto più alta".

I dati suggeriscono che la radiazione di sincrotrone, prodotta quando gli elettroni vengono accelerati lungo una traiettoria curva oa spirale, attiva la fase iniziale estremamente luminosa dell'esplosione nota come fase "rapida". Per molto tempo sono stati considerati possibili altri due candidati:radiazione di corpo nero emessa da un oggetto ad alta temperatura, o radiazione Compton inversa, che si produce quando una particella accelerata trasferisce energia a un fotone.

"La radiazione di sincrotrone è l'unico meccanismo che può creare il grado di polarizzazione e lo spettro che abbiamo osservato all'inizio dell'esplosione" osserva Eleonora Troja. "Il nostro studio fornisce una prova convincente che l'improvvisa emissione di raggi gamma è guidata dalla radiazione di sincrotrone. Questo è un risultato importante perché nonostante decenni di ricerca il meccanismo fisico che guida i lampi di raggi gamma non era stato identificato con precisione".

Fermi, Il telescopio Gamma Ray Space della NASA è stato il primo a rilevare l'emissione di raggi gamma da GRB160625B. Poco dopo MASTER-IAC, uno dei telescopi robotici della rete MASTER il cui Principal Investigator è Vladimir Lipunov, dell'Università Statale di Mosca (Russia) ha seguito osservazioni nel visibile mentre la fase di allerta era ancora attiva. MASTER-IAC ha preso dati sulla quantità di luce visibile polarizzata rispetto alla luce totale prodotta durante la rapida esplosione. Dato che la radiazione di sincrotrone è uno dei fenomeni che possono produrre luce polarizzata, i dati hanno fornito un legame cruciale tra la radiazione di sincrotrone e la fase iniziale dell'esplosione di raggi gamma.

Un campo magnetico può anche influenzare la frazione di luce polarizzata emessa col passare del tempo, e lo scoppio si evolve. Poiché sono stati in grado di analizzare i dati di polarizzazione durante quasi l'intero burst, potevano distinguere la presenza di un campo magnetico e osservavano come variava mentre GRB160625B continuava a emettere getti di materia.