Questa illustrazione mostra una stella in collasso che sta producendo due brevi getti di raggi gamma. Poco prima di un massiccio, la stella che collassa esplode come una supernova, spesso osserviamo un lampo gamma (una breve esplosione di radiazioni gamma) se i getti sono puntati verso la Terra. La maggior parte dei lampi gamma prodotti da supernovae sono "lunghi" (durano più di due secondi), ma uno chiamato GRB 200826 era "breve" (durava solo 0,6 secondi). Gli astronomi pensano questo, e forse altri brevi lampi di raggi gamma prodotti da supernova, è apparso corto perché i getti di raggi gamma non sono abbastanza forti da sfuggire completamente alla stella. Ciò produrrebbe getti più corti sia in lunghezza che in durata. Credito:Osservatorio Internazionale dei Gemelli/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
Gli astronomi hanno scoperto il lampo di raggi gamma (GRB) più corto mai causato dall'implosione di una stella massiccia. Utilizzando l'Osservatorio internazionale dei Gemelli, un programma del NOIRLab di NSF, gli astronomi hanno identificato la causa di questa raffica di raggi gamma di 0,6 secondi come un'esplosione di supernova in una galassia lontana. I GRB causati dalle supernove sono solitamente più del doppio di lunghezza, il che suggerisce che alcuni GRB corti potrebbero in realtà essere degli impostori:GRB prodotti da supernova sotto mentite spoglie.
I lampi di raggi gamma (GRB) sono tra gli eventi più luminosi ed energetici dell'universo, ma gli scienziati stanno ancora cercando di capire esattamente cosa causa questi eventi fugaci. Gli astronomi dividono i GRB in due grandi categorie in base alla loro durata. I GRB corti prendono vita in meno di due secondi e si pensa che siano causati dalla fusione di stelle di neutroni binarie. Quelli che durano più a lungo sono classificati come GRB lunghi, e sono stati associati alle esplosioni di supernova causate dalle implosioni di stelle massicce. Però, la recente scoperta del GRB più corto mai prodotto durante una supernova mostra che i GRB non si adattano perfettamente alle scatole che gli astronomi hanno creato per loro.
"Questa scoperta rappresenta la più breve emissione di raggi gamma causata da una supernova durante il collasso di una stella massiccia, " ha commentato Tomás Ahumada, che ha condotto questa ricerca ed è un Ph.D. candidato all'Università del Maryland e astronomo al Goddard Space Flight Center della NASA. "È durato solo 0,6 secondi, e si trova sull'orlo tra un lampo gamma riuscito e uno fallito."
Il team ritiene che questo e altri GRB legati alla supernova stiano apparendo corti perché i getti di raggi gamma che emergono dai poli della stella in collasso non sono abbastanza forti da sfuggire completamente alla stella, quasi non riuscendo a produrre un GRB, e quell'altro che sta collassando le stelle hanno getti così deboli che non producono affatto GRB.
Questa scoperta potrebbe anche aiutare a spiegare un mistero astronomico. I GRB lunghi sono associati a un tipo specifico di supernova (chiamato Tipo Ic-BL). Però, gli astronomi osservano molte di più di queste supernove rispetto ai lunghi GRB. Questa scoperta del GRB più corto associato a una supernova suggerisce che alcuni di questi GRB causati da supernova si mascherano da GRB corti che si pensa siano stati creati da fusioni di stelle di neutroni, e quindi non vengono conteggiati come il tipo di supernova.
"La nostra scoperta suggerisce che, poiché osserviamo molte di più di queste supernove rispetto ai lunghi lampi di raggi gamma, la maggior parte delle stelle in collasso non riesce a produrre un getto GRB che sfonda l'involucro esterno della stella in collasso, " ha spiegato Ahumada. "Pensiamo che questo evento sia stato effettivamente un fiasco, uno che era vicino a non accadere affatto."
Il team è stato in grado di determinare che questo GRB, identificato come GRB 200826A, ha avuto origine da un'esplosione di supernova grazie alle capacità di imaging del Gemini Multi-Object Spectrograph su Gemini North alle Hawaii. I ricercatori hanno utilizzato Gemini North per ottenere immagini della galassia ospite del GRB 28, 45, e 80 giorni dopo che il GRB è stato rilevato per la prima volta il 26 agosto 2020 da una rete di osservatori che includeva il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA. Le osservazioni di Gemini hanno permesso al team di individuare l'aumento rivelatore di energia che indica una supernova, nonostante la posizione dell'esplosione in una galassia distante 6,6 miliardi di anni luce.
"Questo è stato uno sforzo complicato in quanto avevamo bisogno di separare la luce di una galassia già debole dalla luce di una supernova, "ha detto Ahumada. "Gemini è l'unico telescopio terrestre che può fare osservazioni di follow-up come questa con un programma abbastanza flessibile da permetterci di spremere le nostre osservazioni".
Questo risultato mostra che classificare i GRB in base esclusivamente alla loro durata potrebbe non essere l'approccio migliore, e che sono necessarie ulteriori osservazioni per determinare la causa di un GRB.
"Inizialmente stavamo cercando di fondere stelle di neutroni, che si pensa producano brevi lampi di raggi gamma, " ha aggiunto Ahumada. "Una volta scoperto GRB 200826A, però, ci siamo resi conto che questa esplosione era più probabile che fosse causata dalla supernova di una stella in collasso, che è stata una sorpresa".
"Gli osservatori Gemini continuano a gettare nuova luce sulla natura di queste incredibili esplosioni che si verificano nel lontano universo, " disse Martin Still, Responsabile del programma Gemini presso NSF. "La strumentazione dedicata in arrivo per l'uso nel prossimo decennio manterrà la leadership di Gemini nel follow-up di questi maestosi eventi cosmici".
