Il 26 agosto 2020, Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha rilevato un impulso di radiazione ad alta energia che correva verso la Terra da quasi metà dell'età attuale dell'universo. Durando solo circa un secondo, si è rivelato essere uno dei libri dei record:il più breve lampo di raggi gamma (GRB) causato dalla morte di una stella massiccia mai vista.

I GRB sono gli eventi più potenti dell'universo, rilevabile attraverso miliardi di anni luce. Gli astronomi li classificano come lunghi o brevi a seconda che l'evento duri più o meno di due secondi. Osservano lunghe esplosioni in associazione con la scomparsa di stelle massicce, mentre brevi raffiche sono state collegate a uno scenario diverso.

"Sapevamo già che alcuni GRB di stelle massicce potevano registrarsi come GRB brevi, ma pensavamo che ciò fosse dovuto a limitazioni strumentali, ", ha affermato Bin-bin Zhang dell'Università di Nanchino in Cina e dell'Università del Nevada, Las Vegas. "Questa raffica è speciale perché è sicuramente un GRB di breve durata, ma le sue altre proprietà indicano la sua origine da una stella che collassa. Ora sappiamo che le stelle morenti possono produrre brevi raffiche, pure."

Denominato GRB 200826A, dopo la data in cui si è verificato, lo scoppio è oggetto di due articoli pubblicati in Astronomia della natura di lunedi, 26 luglio. Il primo, guidato da Zhang, esplora i dati dei raggi gamma. Il secondo, guidato da Tomás Ahumada, uno studente di dottorato presso l'Università del Maryland, College Park e Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, descrive il bagliore in dissolvenza a più lunghezze d'onda del GRB e la luce emergente dell'esplosione di supernova che ne seguì.

"Pensiamo che questo evento sia stato effettivamente un fiasco, uno che stava per non succedere affatto, " Ahumada ha detto. "Anche così, l'esplosione ha emesso 14 milioni di volte l'energia rilasciata dall'intera galassia della Via Lattea nello stesso lasso di tempo, rendendolo uno dei GRB di breve durata più energici mai visti."

Quando una stella molto più massiccia del Sole esaurisce il carburante, il suo nucleo crolla improvvisamente e forma un buco nero. Mentre la materia vortica verso il buco nero, parte di essa fuoriesce sotto forma di due potenti getti che precipitano verso l'esterno quasi alla velocità della luce in direzioni opposte. Gli astronomi rilevano un GRB solo quando uno di questi getti punta quasi direttamente verso la Terra.

Ogni getto perfora la stella, producendo un impulso di raggi gamma, la forma di luce a più alta energia, che può durare fino a minuti. In seguito allo scoppio, la stella disgregata si espande rapidamente come una supernova.

GRB brevi, d'altra parte, si formano quando coppie di oggetti compatti, come stelle di neutroni, che si formano anche durante il collasso stellare:spirale verso l'interno per miliardi di anni e si scontrano. Le osservazioni di Fermi hanno recentemente contribuito a dimostrare che, nelle galassie vicine, razzi giganti da isolati, Anche le stelle di neutroni supermagnetizzate si mascherano da GRB corti.

GRB 200826A è stata una forte esplosione di emissioni ad alta energia della durata di soli 0,65 secondi. Dopo aver viaggiato per eoni attraverso l'universo in espansione, il segnale si era allungato per circa un secondo quando è stato rilevato dal Gamma-ray Burst Monitor di Fermi. L'evento è apparso anche negli strumenti a bordo della missione Wind della NASA, che orbita intorno a un punto tra la Terra e il Sole situato a circa 930, 000 miglia (1,5 milioni di chilometri) di distanza, e l'Odissea di Marte, che è in orbita attorno al Pianeta Rosso dal 2001. Anche il satellite INTEGRAL dell'ESA (l'Agenzia Spaziale Europea) ha osservato l'esplosione.

Tutte queste missioni partecipano a un sistema di localizzazione dei GRB chiamato InterPlanetary Network (IPN), per il quale il progetto Fermi fornisce tutti i finanziamenti statunitensi. Poiché il burst raggiunge ciascun rilevatore in momenti leggermente diversi, qualsiasi coppia di essi può essere utilizzata per restringere il punto in cui è avvenuto nel cielo. Circa 17 ore dopo il GRB, l'IPN ha ristretto la sua posizione a una porzione di cielo relativamente piccola nella costellazione di Andromeda.

Utilizzando la Zwicky Transient Facility (ZTF) presso l'Osservatorio di Palomar, finanziata dalla National Science Foundation, il team ha scansionato il cielo alla ricerca di cambiamenti nella luce visibile che potrebbero essere collegati al bagliore sbiadito del GRB.

"Fare questa ricerca è come cercare di trovare un ago in un pagliaio, ma l'IPN aiuta a ridurre il pagliaio, " disse Shreya Anand, uno studente laureato al Caltech e coautore del documento afterglow. "Su oltre 28, 000 avvisi ZTF la prima notte, solo uno ha soddisfatto tutti i nostri criteri di ricerca ed è apparso anche nella regione del cielo definita dall'IPN."

Entro un giorno dallo scoppio, L'Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA ha scoperto l'emissione di raggi X in dissolvenza da questa stessa posizione. Un paio di giorni dopo, emissione radio variabile è stata rilevata dal Karl Jansky Very Large Array del National Radio Astronomy Observatory nel New Mexico. Il team ha quindi iniziato a osservare il bagliore residuo con una varietà di strutture a terra.

Osservando la debole galassia associata all'esplosione usando il Gran Telescopio Canarias, un telescopio di 10,4 metri presso l'Osservatorio del Roque de los Muchachos a La Palma nelle Isole Canarie in Spagna, il team ha dimostrato che la sua luce impiega 6,6 miliardi di anni per raggiungerci. Questo è il 48% dell'età attuale dell'universo di 13,8 miliardi di anni.

Ma per provare che questa breve esplosione è venuta da una stella che crolla, i ricercatori avevano anche bisogno di catturare la supernova emergente.

"Se l'esplosione è stata causata da una stella che crolla, poi, una volta che il bagliore svanisce, dovrebbe illuminarsi di nuovo a causa dell'esplosione della supernova sottostante, " disse Leo Singer, un astrofisico di Goddard e consulente di ricerca di Ahumada. "Ma a queste distanze, hai bisogno di un telescopio molto grande e molto sensibile per individuare il punto preciso di luce della supernova dal bagliore di fondo della sua galassia ospite".

Per condurre la ricerca, A Singer è stato concesso del tempo sul telescopio Gemini North da 8,1 metri alle Hawaii e l'uso di uno strumento sensibile chiamato Gemini Multi-Object Spectrograph. Gli astronomi hanno ripreso la galassia ospite con luce rossa e infrarossa a partire da 28 giorni dopo l'esplosione, ripetendo la ricerca 45 e 80 giorni dopo l'evento. Hanno rilevato una sorgente nel vicino infrarosso, la supernova, nella prima serie di osservazioni che non è stata possibile vedere in quelle successive.

I ricercatori sospettano che questa esplosione sia stata alimentata da getti che sono emersi a malapena dalla stella prima di spegnersi, invece del caso più tipico in cui getti di lunga durata escono dalla stella e percorrono distanze considerevoli da essa. Se il buco nero avesse sparato getti più deboli, o se la stella era molto più grande quando iniziò il suo crollo, potrebbe non esserci stato affatto un GRB.

La scoperta aiuta a risolvere un enigma di vecchia data. Mentre i GRB lunghi devono essere accoppiati alle supernove, gli astronomi rilevano un numero molto maggiore di supernovae rispetto ai GRB lunghi. Questa discrepanza persiste anche dopo aver tenuto conto del fatto che i jet GRB devono inclinarsi quasi nella nostra linea di vista affinché gli astronomi possano rilevarli.

I ricercatori concludono che le stelle in collasso che producono GRB corti devono essere casi marginali i cui getti alla velocità della luce vacillano sull'orlo del successo o del fallimento, una conclusione coerente con l'idea che la maggior parte delle stelle massicce muoia senza produrre affatto getti e GRB. Più in generale, questo risultato dimostra chiaramente che la durata di un burst da sola non indica in modo univoco la sua origine.