Da tempo ho sentito parlare dei “Gamma Ray Burst”, esplosioni cosmiche di raggi gamma: da cosa sono prodotti? Che natura ha la loro sorgente? Avevo sentito che erano stati scoperti da un satellite messo in orbita per individuare test nucleari “clandestini”: è vero? Che satellite era?

I gamma-ray burst (in Italiano lampi di raggi gamma) sono, come dice il nome, emissioni improvvise e brevi di radiazione gamma che provengono dallo spazio lontano. La radiazione gamma, in parole povere, è un tipo particolare di luce, invisibile agli occhi umani, e caratterizzata da una frequenza molto superiore a quella della luce visibile.

Satellite Vela 5BL’osservazione dei raggi gamma non è semplice, dato che l’atmosfera terrestre li assorbe pesantemente. È necessario pertanto osservarli al di fuori di essa, per mezzo di palloni ad alta quota o meglio di satelliti in orbita. La scoperta dei gamma-ray burst avvenne verso la fine degli anni ’60, e, proprio come dice il lettore, fu possibile grazie a satelliti militari. Questi satelliti, detti Vela (dallo spagnolo velar, guardare; si veda la figura a lato) dovevano sorvegliare che non avvenissero esperimenti nucleari clandestini nello spazio o sulla Luna. Per fortuna, non scoprirono attività militare, ma solo dei fenomeni naturali! Passato qualche anno, la scoperta venne “declassificata” e divulgata alla comunità scientifica nel 1973.

La questione di cosa può produrre i gamma-ray burst (GRB per gli amici) non può dirsi ancora conclusa, ed è soggetto di intensi studi proprio in questi anni. Esistono infatti due categorie di GRB, definite in base alla durata temporale: i GRB che durano meno di circa 2 secondi vengono detti, con poca fantasia, GRB corti, mentre quelli che durano di più sono chiamati per l’appunto GRB lunghi. L’origine dei burst dei due gruppi è molto probabilmente diversa. Per quanto riguarda i GRB lunghi, è molto probabile che per la maggior parte vengano prodotti in seguito alla morte di stelle di grande massa. Queste stelle (30-50 volte più massicce del sole) hanno una vita brevissima, in quanto “bruciano” il combustibile che le tiene accese ad un ritmo indiavolato. In “soli” 10 milioni di anni lo esauriscono completamente (per confronto, il Sole ha una vita di 10 miliardi di anni), e non hanno più la forza di sostenersi conto la loro intensa attrazione gravitazionale. A questo punto, queste stelle collassano (di solito formando un buco nero) e danno luogo all’esplosione di una supernova. Per una classe speciale di queste stelle (caratterizzata da proprietà fisiche ancora non ben chiarite), oltre alla supernova viene prodotto il gamma-ray burst. Questa associazione si può considerare piuttosto sicura, ed è provata sperimentalmente dall’osservazione di alcune supernove coincidenti con delle sorgenti di gamma-ray burst.

Per quanto riguarda il secondo gruppo, quello dei GRB corti, la situazione è molto più incerta, e i progressi più significativi risalgono solo all’anno scorso (2005). Probabilmente questi GRB non sono dovuti alla morte di stelle massicce (o perlomeno, non tutti). Infatti molti di questi GRB esplodono in galassie che non mostrano presenza di stelle massicce, ma solo di stelle più piccole e vecchie. Il modello correntemente accreditato prevede che i GRB corti vengano prodotti dalla collisione di due stelle di neutroni. Queste sono stelle molto particolari, e contengono la massa dell’intero Sole entro il raggio di una decina di chilometri, e sono quindi oggetti di densità elevatissima. Quando due di loro vengono ad orbitare l’una attorno all’altra, possono finire per collidere, e nell'”incidente” si fondono formando un unico buco nero, accompagnato dall’esplosione di un GRB corto. Questa ipotesi, per quanto affascinante, necessita ancora di prove solide, e la ricerca astronomica è molto attiva per stabilirne la veridicità. Una conferma oltre ogni dubbio si potrebbe ottenere dalla detezione delle onde gravitazionali prodotte durante il collasso. Queste onde, finora solo predette teoricamente, sono prodotte quando oggetti di grande massa (come le stelle di neutroni) si muovono con grandi velocità. Rivelatori di onde gravitazionali sono al momento in preparazione in tutto il mondo (compreso in Italia, presso Pisa), e forse nei prossimi anni questo mistero sarà definitvamente chiarito.

Vale infine la pena aggiungere una nota sull’importanza dei GRB per lo studio dell’Universo lontano. Infatti, le esplosioni dei GRB sono così potenti che si possono osservare fino nelle regioni più remote, dove normalmente è molto difficile ottenere osservazioni a causa della debolezza degli oggetti che lì risiedono. I GRB costituiscono quindi un mezzo molto efficiente per sondare queste regioni ancora misteriose, e per capire come le stelle si sono formate all’inizio della storia dell’Universo.

Per ulteriori approfondimenti:
sui satelliti Vela: http://it.wikipedia.org/wiki/Vela_%28satellite%29;
sui GRB in generale (in inglese): http://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_ray_burst;
un filmato sull’esplosione di un GRB lingo: http://www.nasa.gov/centers/goddard/universe/swift_multimedia.html;
un filmato sulla collisione di due stelle di neutroni:http://www.ukaff.ac.uk/movies/nsmerger/.

Alcune immagini per visualizzare la produzione di GRB lunghi (a sinistra) e corti (a destra):

GRB lungoGRB corto