Gli scienziati risolvono il mistero dell'esplosione più luminosa di tutti i tempi

Un evento così imponente da depositare circa un gigawatt di energia nell'atmosfera superiore della Terra

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Rilevate per la prima volta accidentalmente dai satelliti militari statunitensi alla fine degli anni '60, le esplosioni cosmiche conosciute come lampi di raggi gamma (GRB) sono considerate le esplosioni più luminose dell'universo. Tipicamente, sono il risultato della nascita catastrofica di un buco nero in una galassia lontana.

Un modo in cui ciò può accadere è attraverso il collasso di una singola stella massiccia. Gli astronomi come me che lavorano sul campo sono ben consapevoli delle enormi scale energetiche coinvolte nei GRB. Sappiamo che possono rilasciare tanta energia nei raggi gamma quanta ne rilascia il Sole durante la sua vita.

Ma ogni tanto si osserva un evento che ci fa ancora riflettere. Nell'ottobre 2022, i rilevatori di raggi gamma sui satelliti orbitali Fermi e l'Osservatorio Neil Gehrels Swift hanno rilevato un'esplosione nota come GRB 221009A (la data del rilevamento). Questo si è rivelato rapidamente un record. È stata soprannominata la più luminosa di tutti i tempi, o la "Barca", come una comoda abbreviazione tra gli astronomi che studiano e osservano l'evento. Non solo la Barca partì brillante, ma rifiutò di svanire come altre esplosioni. Non sappiamo ancora del tutto perché l’esplosione sia stata così eccezionalmente brillante, ma il nostro nuovo studio, pubblicato su Science Advances, fornisce una risposta alla sua ostinata persistenza.

L’esplosione ha avuto origine da una distanza di 2,4 miliardi di anni luce – relativamente vicina per un GRB. Ma anche tenendo conto della distanza relativa, l’energia dell’evento e la radiazione prodotta dalle sue conseguenze erano fuori scala. Non è decisamente normale che un evento cosmicamente distante depositi circa un gigawatt di potenza nell’atmosfera superiore della Terra.

I GRB come il Boat lanciano nello spazio un flusso di gas che si muove a una velocità molto vicina a quella della luce. Il modo esatto in cui viene lanciato il getto rimane un mistero, ma molto probabilmente coinvolge campi magnetici vicino al punto in cui si sta formando il buco nero.

È la prima emissione di questo getto che noi vediamo come l'esplosione. Successivamente il getto rallenta e produce radiazioni aggiuntive, un bagliore di luce che si attenua: dalle onde radio fino (in casi eccezionali) ai raggi gamma.

Non osserviamo direttamente i getti. Invece, come le stelle lontane, vediamo i GRB come punti nel cielo. Tuttavia, abbiamo buone ragioni per credere che i GRB non esplodano allo stesso modo in tutte le direzioni. Per GRB 221009A, ciò sarebbe certamente irragionevole, poiché comporterebbe la moltiplicazione della quantità di energia rilevata sulla Terra per tutte le altre direzioni, pari a molta più energia di quella che qualsiasi stella avrebbe a disposizione.

Un’altra indicazione che i GRB provengono da getti puntati approssimativamente verso di noi è dovuta alla teoria della relatività speciale. La relatività ci insegna che la velocità della luce è costante, non importa quanto velocemente una sorgente si muova verso di noi. Ma ciò consente comunque che la direzione della luce venga distorta. Grazie a questo effetto specchio da luna park, la luce emessa in tutte le direzioni dalla superficie di un getto in rapido movimento finirà per essere fortemente focalizzata lungo la sua direzione di movimento.

Detto questo, i bordi di un getto diretto nella nostra direzione saranno leggermente curvati, il che significa che la loro luce è focalizzata lontano dalla nostra direzione. Solo più tardi, quando il getto rallenta, i bordi diventano normalmente visibili e il bagliore residuo inizia a svanire più velocemente.

Ma anche in questo caso il GRB 221009A ha infranto le regole. I suoi bordi non si sono mai mostrati e si è unito a un gruppo selezionato di esplosioni molto luminose che rifiutano di svanire normalmente. Invece di iniziare a svanire lentamente e poi scomparire rapidamente, sta svanendo costantemente nel tempo.

Nel nostro lavoro dimostriamo come l'aspetto dei bordi del getto può essere oscurato in modo da corrispondere alle osservazioni della Barca. L’idea chiave è la seguente: sì, è stato lanciato un getto stretto, ma ha avuto difficoltà a sfuggire alla stella che collassa, provocando molta miscelazione con il gas stellare lungo i lati del getto.