Quando le stelle lontane esplodono, emettono lampi di energia chiamati lampi di raggi gamma che sono abbastanza luminosi da essere rilevati dai telescopi sulla Terra. Studiare questi impulsi, che possono anche provenire da fusioni di alcuni oggetti astronomici esotici come buchi neri e stelle di neutroni, può aiutare gli astronomi come me a comprendere la storia dell'universo.
I telescopi spaziali rilevano in media un lampo di raggi gamma al giorno, che si aggiunge alle migliaia di lampi rilevati nel corso degli anni, e una comunità di volontari sta rendendo possibile la ricerca su questi lampi.
Il 20 novembre 2004, la NASA ha lanciato l'Osservatorio Neil Gehrels Swift, noto anche come Swift. Swift è un telescopio spaziale multilunghezza d'onda che gli scienziati stanno utilizzando per scoprire di più su questi misteriosi lampi di raggi gamma provenienti dall'universo.
I lampi di raggi gamma durano solitamente solo per un tempo molto breve, da pochi secondi a pochi minuti, e la maggior parte della loro emissione è sotto forma di raggi gamma, che fanno parte dello spettro luminoso che i nostri occhi non possono vedere. I raggi gamma contengono molta energia e possono danneggiare i tessuti umani e il DNA.
Fortunatamente, l’atmosfera terrestre blocca la maggior parte dei raggi gamma provenienti dallo spazio, ma ciò significa anche che l’unico modo per osservare i lampi di raggi gamma è attraverso un telescopio spaziale come Swift. Nel corso dei suoi 19 anni di osservazioni, Swift ha osservato oltre 1.600 lampi di raggi gamma. Le informazioni raccolte da queste esplosioni aiutano gli astronomi a terra a misurare le distanze da questi oggetti.
I dati di Swift e di altri osservatori hanno insegnato agli astronomi che i lampi di raggi gamma sono una delle esplosioni più potenti dell'universo. Sono così luminosi che i telescopi spaziali come Swift possono rilevarli in tutto l'universo.
In effetti, i lampi di raggi gamma sono tra gli oggetti astrofisici più lontani osservati dai telescopi.
Poiché la luce viaggia a una velocità finita, gli astronomi guardano effettivamente indietro nel tempo mentre guardano più lontano nell'universo.
Il lampo di raggi gamma più lontano mai osservato si è verificato così lontano che la sua luce ha impiegato 13 miliardi di anni per raggiungere la Terra. Quindi, quando i telescopi hanno fotografato il lampo di raggi gamma, hanno osservato l'evento come appariva 13 miliardi di anni fa.
I lampi di raggi gamma consentono agli astronomi di conoscere la storia dell'universo, compreso il modo in cui il tasso di natalità e la massa delle stelle cambiano nel tempo.
Gli astronomi ora sanno che esistono fondamentalmente due tipi di lampi di raggi gamma:lunghi e brevi. Sono classificati in base alla durata dei loro impulsi. I lunghi lampi di raggi gamma hanno impulsi più lunghi di due secondi e almeno alcuni di questi eventi sono legati alle supernove, ovvero stelle che esplodono.
Quando una stella massiccia, o una stella che è almeno otto volte più massiccia del nostro Sole, esaurisce il carburante, esploderà come una supernova e collasserà in una stella di neutroni o in un buco nero.
Sia le stelle di neutroni che i buchi neri sono estremamente compatti. Se riducessimo l'intero sole fino a un diametro di circa 12 miglia, o alle dimensioni di Manhattan, sarebbe denso quanto una stella di neutroni.
Alcune stelle particolarmente massicce possono anche lanciare getti di luce quando esplodono. Questi getti sono fasci di luce concentrati alimentati da campi magnetici strutturati e particelle cariche. Quando questi getti saranno puntati verso la Terra, telescopi come Swift rileveranno un lampo di raggi gamma.
D'altra parte, i lampi di raggi gamma brevi hanno impulsi più brevi di due secondi. Gli astronomi sospettano che la maggior parte di queste brevi esplosioni avvengano quando due stelle di neutroni o una stella di neutroni e un buco nero si fondono.
Quando una stella di neutroni si avvicina troppo a un'altra stella di neutroni o a un buco nero, i due oggetti orbitano l'uno attorno all'altro, avvicinandosi sempre di più mentre perdono parte della loro energia attraverso le onde gravitazionali.
Questi oggetti alla fine si fondono ed emettono brevi getti. Quando i getti corti sono puntati verso la Terra, i telescopi spaziali possono rilevarli come brevi lampi di raggi gamma.
Classificare i burst come brevi o lunghi non è sempre così semplice. Negli ultimi anni, gli astronomi hanno scoperto alcuni peculiari lampi di raggi gamma brevi associati alle supernovae invece delle fusioni previste. E hanno trovato alcuni lampi di raggi gamma lunghi legati a fusioni invece che a supernove.
Questi casi confusi mostrano che gli astronomi non comprendono appieno come vengono creati i lampi di raggi gamma. Suggeriscono che gli astronomi abbiano bisogno di una migliore comprensione delle forme degli impulsi dei raggi gamma per collegare meglio gli impulsi alle loro origini.
Ma è difficile classificare sistematicamente la forma dell’impulso, che è diversa dalla durata dell’impulso. Le forme degli impulsi possono essere estremamente diverse e complesse. Finora, anche gli algoritmi di apprendimento automatico non sono stati in grado di riconoscere correttamente tutte le strutture dettagliate degli impulsi a cui gli astronomi sono interessati.
I miei colleghi e io ci siamo avvalsi dell'aiuto di volontari tramite la NASA per identificare le strutture degli impulsi. I volontari imparano a identificare le strutture degli impulsi, poi guardano le immagini sui propri computer e le classificano.
I nostri risultati preliminari suggeriscono che questi volontari, definiti anche scienziati cittadini, possono apprendere e riconoscere rapidamente le strutture complesse degli impulsi di raggi gamma. L'analisi di questi dati aiuterà gli astronomi a comprendere meglio come vengono create queste misteriose esplosioni.
Il nostro team spera di scoprire se più lampi di raggi gamma nel campione mettono in discussione la precedente classificazione breve e lunga. Utilizzeremo i dati per sondare in modo più accurato la storia dell'universo attraverso osservazioni di lampi di raggi gamma.
Questo progetto di citizen science, chiamato Burst Chaser, è cresciuto rispetto ai nostri risultati preliminari e stiamo reclutando attivamente nuovi volontari che si uniscano alla nostra ricerca per studiare le misteriose origini dietro queste esplosioni.
Fornito da The Conversation
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
