Un team internazionale di scienziati, guidato da astrofisici dell'Università di Bath nel Regno Unito, ha misurato il campo magnetico in un lontano Gamma-Ray Burst, confermando per la prima volta una previsione teorica decennale, secondo cui il campo magnetico in queste onde d'urto viene rimescolato dopo che il materiale espulso si schianta contro, e shock, il mezzo circostante.

I buchi neri si formano quando stelle massicce (almeno 40 volte più grandi del nostro Sole) muoiono in un'esplosione catastrofica che alimenta un'onda d'urto. Questi eventi estremamente energetici espellono il materiale a velocità prossime a quella della luce, e potere luminoso, lampi di raggi gamma di breve durata che possono essere rilevati dai satelliti in orbita attorno alla Terra, da cui il loro nome, Lampi di raggi gamma (GRB).

I campi magnetici possono essere fatti passare attraverso il materiale espulso e, mentre si forma il buco nero rotante, questi campi magnetici si attorcigliano in forme di cavatappi che si pensa mettano a fuoco e accelerino il materiale espulso.

I campi magnetici non possono essere visti direttamente, ma la loro firma è codificata nella luce prodotta da particelle cariche (elettroni) che sfrecciano attorno alle linee del campo magnetico. I telescopi terrestri catturano questa luce, che ha viaggiato per milioni di anni attraverso l'Universo.

Responsabile dell'astrofisica a Bath ed esperta di raggi gamma, la professoressa Carole Mundell, ha dichiarato:"Abbiamo misurato una proprietà speciale della luce, la polarizzazione, per sondare direttamente le proprietà fisiche del campo magnetico che alimenta l'esplosione. Questo è un ottimo risultato e risolve un enigma di lunga data di queste esplosioni cosmiche estreme, un enigma I' studio da molto tempo".

Catturare la luce in anticipo

La sfida è catturare la luce il prima possibile dopo un'esplosione e decodificare la fisica dell'esplosione, la previsione è che tutti i campi magnetici primordiali alla fine verranno distrutti quando il fronte d'urto in espansione si scontra con i detriti stellari circostanti.

Questo modello prevede la luce con alti livelli di polarizzazione (> 10%) subito dopo lo scoppio, quando il campo primordiale su larga scala è ancora intatto e guida il deflusso. Dopo, la luce dovrebbe essere per lo più non polarizzata poiché il campo è confuso nella collisione.

Il team di Mundell è stato il primo a scoprire pochi minuti dopo l'esplosione di luce altamente polarizzata che ha confermato la presenza di campi primordiali con una struttura su larga scala. Ma il quadro per l'espansione degli shock in avanti si è rivelato più controverso.

I team che hanno osservato i GRB in tempi più lenti, da ore a un giorno dopo uno scoppio, hanno riscontrato una bassa polarizzazione e hanno concluso che i campi erano stati distrutti da tempo, ma non poteva dire quando o come. In contrasto, un team di astronomi giapponesi ha annunciato un'intrigante rilevamento del 10% di luce polarizzata in un GRB, che hanno interpretato come uno shock in avanti polarizzato con campi magnetici ordinati di lunga durata.

Autore principale del nuovo studio, Bath Ph.D. la studentessa Nuria Jordana-Mitjans, ha dichiarato:"Queste rare osservazioni erano difficili da confrontare, mentre sondavano tempi e fisica molto diversi. Non c'era modo di conciliarli nel modello standard".

Il mistero è rimasto irrisolto per oltre un decennio, fino all'analisi del GRB 141220A da parte del team di Bath.

Nel nuovo giornale, pubblicato oggi su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society , Il team del professor Mundell riporta la scoperta di una polarizzazione molto bassa nella luce di shock in avanti rilevata appena 90 secondi dopo l'esplosione di GRB 141220A. Le osservazioni superveloci sono state rese possibili dal software intelligente del team sul telescopio robotico Liverpool completamente autonomo e dal nuovo polarimetro RINGO3, lo strumento che ha registrato il colore del GRB, luminosità, polarizzazione e velocità di dissolvenza. Mettendo insieme questi dati, il team è stato in grado di dimostrare che:

• La luce ha avuto origine nello shock in avanti.
• Le scale della lunghezza del campo magnetico erano molto più piccole di quanto dedotto dal team giapponese.
• L'esplosione è stata probabilmente alimentata dal collasso di campi magnetici ordinati nei primi momenti della formazione di un nuovo buco nero.
• Il misterioso rilevamento della polarizzazione da parte del team giapponese potrebbe essere spiegato da un contributo di luce polarizzata dal campo magnetico primordiale prima che venisse distrutto nello shock.

Jordana-Mitjans ha dichiarato:"Questo nuovo studio si basa sulla nostra ricerca che ha dimostrato che i GRB più potenti possono essere alimentati da campi magnetici ordinati su larga scala, ma solo i telescopi più veloci potranno intravedere il loro caratteristico segnale di polarizzazione prima di perdersi nell'esplosione."

Il professor Mundell ha aggiunto:"Ora dobbiamo spingere le frontiere della tecnologia per sondare i primi momenti di queste esplosioni, catturare un numero statisticamente significativo di raffiche per studi di polarizzazione e inserire la nostra ricerca nel contesto più ampio del follow-up multimessaggero in tempo reale dell'Universo estremo".