Più un oggetto si trova lontano nell'universo, più debole appare attraverso la lente di un telescopio.

Quindi, quando un team di astrofisici guidato dalla Northwestern University ha rilevato un bagliore residuo di un breve lampo di raggi gamma (SGRB) situato a 10 miliardi di anni luce di distanza, erano scioccati. postumi, Dopotutto, sono già segnali incredibilmente deboli e veloci, a volte della durata di poche ore.

Conosciuto come SGRB181123B, l'esplosione è avvenuta appena 3,8 miliardi di anni dopo il Big Bang. È il secondo SGRB consolidato più distante mai rilevato e l'evento più distante con un bagliore ottico.

"Non ci aspettavamo certo di scoprire un lontano SGRB, poiché sono estremamente rari e molto deboli, " ha detto Wen-fai Fong della Northwestern, un autore senior dello studio. "Eseguiamo 'analisi forense' con i telescopi per capire il suo ambiente locale, perché l'aspetto della sua galassia natale può dirci molto sulla fisica alla base di questi sistemi".

Kerry Paterson, il primo autore dello studio, disse, "Crediamo che stiamo scoprendo la punta dell'iceberg in termini di SGRB distanti. Questo ci motiva a studiare ulteriormente gli eventi passati e ad esaminare intensamente quelli futuri".

Lo studio sarà pubblicato su Lettere per riviste astrofisiche .

Fong è un assistente professore di fisica e astronomia al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern e membro del CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). Paterson è un associato post-dottorato in CIERA.

Alcune delle esplosioni più energetiche e luminose dell'universo, Gli SGRB si verificano molto probabilmente quando due stelle di neutroni si fondono. Questa fusione provoca un'esplosione di raggi gamma di breve durata, che è la forma di luce più energetica. Gli astronomi in genere rilevano solo sette o otto SGRB ogni anno che sono abbastanza ben localizzati per ulteriori osservazioni. E poiché i loro bagliori di solito durano, al massimo, poche ore prima di svanire nell'oblio, raramente si soffermano abbastanza a lungo da consentire agli astronomi di osservarli da vicino.

Ma con SGRB181123B, gli astronomi hanno avuto fortuna. L'Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA ha rilevato per la prima volta l'evento nella notte del Ringraziamento nel 2018. In poche ore, il team della Northwestern ha avuto accesso da remoto all'Osservatorio Gemini internazionale, utilizzando il telescopio Gemini-Nord, situato in cima a Mauna Kea nelle Hawaii. Usando questo telescopio da 8,1 metri, i ricercatori hanno misurato il bagliore ottico di SGRB181123B.

Con osservazioni di follow-up utilizzando Gemini-South in Cile, MMT in Arizona e Keck alle Hawaii, il team ha realizzato che SGRB181123B potrebbe essere più distante della maggior parte.

"Siamo stati in grado di ottenere osservazioni approfondite dell'esplosione poche ore dopo la sua scoperta, " Ha detto Paterson. "Le immagini dei Gemelli erano molto nitide, permettendoci di individuare la posizione di una galassia specifica nell'universo."

Fong ha aggiunto, "Con gli SGRB, non rileverai nulla se arrivi in ​​cielo troppo tardi. Ma ogni tanto, se reagisci abbastanza velocemente, atterrerai su una rivelazione davvero bella come questa."

Uno sguardo al mezzogiorno cosmico

Per scoprire la distanza dell'SGRB dalla Terra, il team ha quindi avuto accesso a uno spettrografo nel vicino infrarosso su Gemini-Sud, che può sondare lunghezze d'onda più rosse. Prendendo uno spettro della galassia ospite, i ricercatori si sono resi conto di aver scoperto casualmente un lontano SGRB.

Dopo aver identificato la galassia ospite e calcolato la distanza, Fong, Paterson e il loro team sono stati in grado di determinare le proprietà chiave delle popolazioni stellari progenitrici all'interno della galassia che ha prodotto l'evento. Poiché SGRB181123B è apparso quando l'universo aveva solo il 30% circa della sua età attuale, durante un'epoca nota come "mezzogiorno cosmico", ha offerto una rara opportunità di studiare le fusioni di stelle di neutroni da quando l'universo era un "adolescente".

Quando si è verificato SGRB181123B, l'universo era incredibilmente occupato, con stelle in rapida formazione e galassie in rapida crescita. Le enormi stelle binarie hanno bisogno di tempo per nascere, si evolvono e muoiono, trasformandosi infine in una coppia di stelle di neutroni che alla fine si fondono.

"È stato a lungo sconosciuto quanto tempo impiegano le stelle di neutroni, in particolare quelle che producono SGRB, a fondersi, " Ha detto Fong. "Trovare un SGRB a questo punto della storia dell'universo suggerisce che, in un momento in cui l'universo stava formando molte stelle, la coppia di stelle di neutroni potrebbe essersi fusa abbastanza rapidamente."