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Swift e la cometa di Natale 2010!

La curiosità del mese di dicembre 2011 a cura di Sergio Campana

Vai al comunicato stampa INAF "Il lampo di Natale" - 30 novembre 2011
Vai al link animazione per vedere il filmato di questa curiosità (Crediti NASA).

Fig. 1 - Immagine artistica della struttura a disco che si sta formando attorno ad una stella di neutroni causata dalla distruzione di un asteroide - Crediti: A. Simonnet, NASA, E/PO, Sonoma State University.

Swift, un satellite per lo studio dei lampi di luce gamma (Gamma-Ray Bursts, GRsB - vedi anche le curiosità di maggio 2009 e di maggio 2011), nato dalla collaborazione tra USA, Italia e Gran Bretagna, non va in vacanza nemmeno il giorno di Natale (e nemmeno gli astrofisici che lavorano col satellite).
Infatti nel Natale dello scorso anno Swift ha rivelato un GRB molto particolare: mentre i GRBs "normali" durano pochi secondi (o poche decine di secondi) il nuovo arrivato, GRB 101225A, è durato più di mezz’ora.
Come per ogni GRB, Swift si è velocemente riposizionato in modo autonomo per continuare ad osservare il fenomeno con gli altri due telescopi che sono a bordo, quello per raggi X e quello per i raggi ultravioletti e ottici (vai al link di Wikipedia spettro elettromagnetico).
Le sorprese non erano finite.

Fig. 2 - Immagine artistica del satellite SWIFT e di una stella di neutroni con disco di accrescimento

Fig. 2 - Immagine artistica satellite del SWIFT e di una stella di neutroni con disco di accrescimento.

Nei GRB "normali" la luminosità X residua del GRB, detta "afterglow", persiste per diverso tempo (giorni e settimane, e in qualche caso anche mesi), mentre quella di GRB 101225 è sparita nel giro di 20 ore.
Inoltre, a differenza dei GRB che normalmente studiamo, la luminosità X di questo evento mostrava delle variazioni molto pronunciate e quasi periodiche su tempi di qualche ora. Al contrario in ottico/ultravioletto l’emissione era abbastanza debole ed è rimasta osservabile per diversi mesi (includendo anche le osservazioni dei telescopi da Terra).
Queste osservazioni ci pongono davanti ad un problema di difficile interpretazione: le repentine variazioni di luminosità osservate nei raggi X, mai state osservate in altri GRB, suggeriscono che GRB 101225A possa essersi originato durante un evento distruttivo, ma non durante un’esplosione di una Supernova, come osservato in passato per altri GRB.
Abbiamo provato a pensare a diverse sorgenti per spiegare le osservazioni ma nessuna ci convinceva; alla fine ci siamo focalizzati sulla caduta di un asteroide su una stella di neutroni della nostra Galassia.

Fig. 3 - In alto a sinistra impatto della cometa Shoemaker-Levy sul pianeta Giove nel luglio del 1994. Da APOD del 28 luglio 1998.

Sappiamo che comete ed asteroidi cadono sul Sole o su Giove. Quello che succede è che il raggio del Sole è molto grande e quindi una cometa che vi cade sopra si allunga leggermente, per effetto della gravità, prima di venire vaporizzata al contatto con la fotosfera solare.
Nel caso in cui il raggio del Sole fosse simile a quello di una stella di neutroni (circa 10 km ma con una massa comparabile a quella del Sole), la cometa o l’asteroide viene distrutto durante la caduta dalle forze mareali dovute alla forza di gravità della stella di neutroni.
In particolare quello che succede è che l’asteroide non cade direttamente sulla stella di neutroni, ma si deforma, allungandosi, fino ad avvitarsi attorno all’oggetto compatto, formando una struttura a disco, detta disco di accrescimento (per vedere l’animazione vai al link animazione - crediti NASA).
Gli attriti all’interno di questo disco portano poi la materia a cadere sulla superficie della stella di neutroni emettendo radiazione X.
Il processo, sopratutto nelle prime orbite attorno alla stella di neutroni, è altamente variabile e questo rende conto del comportamento osservato nella banda dei raggi X.

Fig. 4 - Rappresentazione artistica del sistema orbitante attorno alla pulsar al millisecondo PSR B1257+12. Da Wikipedia.

L’emissione nella banda a noi visibile (ottica) si origina invece nel disco di accrescimento.
Rispondere a quanto possono essere frequenti questi eventi è difficile avendo un solo oggetto conosciuto.
L’ipotesi più probabile è basata sul fatto che, recentemente, attorno alle pulsar radio al millisecondo (delle stelle di neutroni molto vecchie che ruotano su loro stesse centinaia di volte al secondo), sono stati scoperti dei pianeti. Un meccanismo simile a quello che genera i pianeti potrebbe allora anche generare asteroidi che possono cadere sulla stella di neutroni.
Un’alternativa affascinante è che l’asteroide potrebbe essere stato catturato dalla stella di neutroni, passando vicino ad un sistema planetario simile al nostro.

Per saperne di più

Osservato dal satellite Swift - Il lampo di Natale da Media Inaf.
Competing Explanations Proposed for Strange Christmas Space Explosion da www.space.com (in inglese con animazioni).
The unusual gamma-ray burst GRB 101225A explained as a minor body falling onto a neutron star articolo su Nature (in inglese).
Asteroide cade su una stella di neutroni da Scienzainrete - Il gruppo 2003 per la ricerca.