Il lampo gamma noto come il più luminoso di tutti i tempi (BOAT) ha presentato una linea di emissione nella sua scia luminosa, la prima volta che ne è stata rilevata con sicurezza in un qualsiasi lampo gamma. Gli astronomi che hanno scoperto la linea sospettano che sia il prodotto di particelle di materia e antimateria che si annichilano l’una con l’altra nel periodo successivo all’esplosione mentre si dirigono verso di noi a una velocità prossima a quella della luce.
Per la maggior parte dei fenomeni naturali, l’esempio più drammatico registrato non è così distante dal secondo o terzo – pensate ai terremoti, ai vulcani o agli urti tra buchi neri. Tuttavia, quando si tratta di lampi gamma, questo schema si interrompe. Il BOAT (ufficialmente GRB 221009A) ha guadagnato il suo nome essendo 70 volte più luminoso del secondo più luminoso che abbiamo osservato. Basandoci sul modello di altri lampi gamma, dovremmo aspettarci di vedere qualcosa del genere una volta ogni mille (alcuni dicono diecimila) anni, non nei primi decenni dopo aver avuto strumenti per osservarlo.
È come se qualcuno avesse corso la maratona in meno di un’ora, mentre ogni altro partecipante era più lento del record mondiale esistente. Non sorprende che gli astronomi siano desiderosi di estrarre ogni briciola di informazione possibile su questo evento senza precedenti, ma sono ostacolati dal fatto che la sua luminosità iniziale abbia saturato le telecamere a raggi gamma.
Ora, un esame della radiazione poco dopo ha rivelato qualcosa che gli astronomi cercavano in altri lampi gamma: una linea di emissione. Il rilascio di energia elettromagnetica a una determinata lunghezza d’onda crea una linea di emissione all’interno di uno spettro più ampio. Queste linee sono di solito prodotte da elettroni che transitano da stati eccitati, rilasciando una quantità di energia specifica per quell’elemento.
Le linee di emissione e di assorbimento ci hanno insegnato la maggior parte di ciò che sappiamo sulla natura delle stelle, ma le uniche potenziali rilevazioni precedenti nei lampi gamma erano così deboli che si pensava fossero probabilmente fluttuazioni statistiche. Pochi minuti dopo che il BOAT è esploso, il Monitor di Lampi Gamma di Fermi ha registrato un picco di energia insolito che ha attirato la nostra attenzione, ha dichiarato la dottoressa Maria Edvige Ravasio dell’Università di Radboud a Nijmegen, in una dichiarazione.
Quando ho visto quel segnale per la prima volta, mi ha dato i brividi. La nostra analisi da allora mostra che è la prima linea di emissione ad alta affidabilità mai vista in 50 anni di studio dei lampi gamma. Come ha aggiunto il co-autore dottor Om Sharan Salafia dell’Osservatorio INAF-Brera: Abbiamo determinato che le probabilità che questa caratteristica sia solo una fluttuazione del rumore sono inferiori a una possibilità su mezzo miliardo.
Tuttavia, prima che il BOAT si verificasse, le probabilità di vedere qualcosa di così potente sarebbero state valutate non molto più alte, quindi forse non dovremmo scartare tali probabilità. Saturando strumenti come FERMI, il BOAT ci ha impedito di apprendere molto sui cruciali primi secondi. La luminosità di picco è dovuta essere ricostruita da ciò che potevamo vedere una volta che l’intensità è scesa a livelli gestibili.
La linea è apparsa quasi cinque minuti dopo l’inizio dell’esplosione e è durata almeno 40 secondi. I lampi gamma si presentano in due tipi, ritenuti avere fonti diverse, anche se gli astronomi non possono ancora escludere la possibilità che il BOAT rappresenti l’unico esempio che abbiamo visto di una misteriosa terza classe.
Finora, però, lo stanno trattando come una versione più potente di ciò che conosciamo, nel qual caso sarebbe la conseguenza del collasso di una stella massiccia per formare un buco nero. Oltre all’esplosione di supernova che un tale evento crea, vengono prodotti getti estremamente potenti. Quando uno è puntato verso la Terra, siamo esposti a un lampo di raggi gamma che dura al massimo qualche centinaio di secondi.
La linea di emissione è iniziata a 0,00099 Angstrom o 12,56 milioni di elettronvolt ed è stata rilevata per l’ultima volta a metà di quel valore. La luce blu è di 3 eV, e alcuni dei raggi gamma utilizzati in radioterapia hanno energie di 1,2 MeV. Energia del genere certamente non proviene da elettroni eccitati che ritornano al loro stato fondamentale, quindi il team che ha fatto la scoperta ha dovuto trovare una nuova spiegazione.
Pensano che la causa sia l’annichilazione di elettroni e positroni (l’equivalente di antimateria di un elettrone). Quando un elettrone e un positrone collidono, si annichilano, producendo una coppia di raggi gamma con un’energia di 0,511 MeV, ha dichiarato il professor Gor Oganesyan del Gran Sasso Science Institute.
Poiché stiamo esaminando il getto, dove la materia si muove a una velocità prossima a quella della luce, questa emissione diventa fortemente spostata verso il blu e spinta verso energie molto più elevate. Un tale spostamento verso il blu richiederebbe che le particelle fossero accelerate al 99,9 percento della velocità della luce, ma ciò sembra non straordinario nel contesto di tutto il resto riguardante il BOAT.
Un leggero rallentamento ridurrebbe lo spostamento verso il blu e spiegherebbe perché l’energia è diminuita durante il periodo di rilevamento. Dopo decenni di studio di queste incredibili esplosioni cosmiche, non comprendiamo ancora i dettagli su come funzionino questi getti, ha dichiarato Elizabeth Hays del Goddard Space Flight Center.
Trovare indizi come questa notevole linea di emissione aiuterà gli scienziati ad investigare più a fondo questo ambiente estremo. Immaginate cosa avremmo visto se strumenti come Fermi fossero stati costruiti con la capacità di registrare la parte più luminosa del BOAT, qualcosa che non era stato precedentemente ritenuto necessario. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science.
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