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La curiosità del mese

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Gamma Ray bursts, Soli blu ed estinzioni di massa

La curiosità del mese di maggio 2011 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - Rappresentazione artistica di un Gamma Ray Burst. Dal nucleo centrale di una stella che sta per collassare nascono due getti in direzioni opposte, che producono una quantita’ prodigiosa di energia sottoforma di raggi X e di raggi gamma.
Fig. 1 - Rappresentazione artistica di un Gamma Ray Burst. Dal nucleo centrale di una stella che sta per collassare nascono due getti in direzioni opposte, che producono una quantità prodigiosa di energia sottoforma di raggi X e di raggi gamma.

Circa una volta al giorno, da punti impredicibili del cielo, riceviamo un lampo di raggi gamma, o Gamma Ray Burst, come vengono chiamati in inglese.
Durano circa 10 secondi, e per questo tempo sono le sorgenti più brillanti del cielo.
Sono stati scoperti nel 1969, anche se la notizia della loro scoperta è stata resa pubblica solo qualche anno dopo, nel 1973.

Fig. 2 -  Immagine scattata dal telescopio spaziale Hubble che mostra Eta Carinae e la Nebulosa Omuncolo che la circonda. Eta Carinae e' una stella che sta per eslodere e che potrebbe benissimo essere una progenitrice di un Gamma Ray Burst. Dista da noi circa 7000 anni luce, e probabilmente, a giudicare dal suo asse di simmetria, sparera` la sua emissione principale non verso la Terra. Ha preso di mira qualche altro mondo, quindi... per ora possiamo stare tranquilli.
Fig. 2 - Immagine scattata dal telescopio spaziale Hubble che mostra Eta Carinae e la Nebulosa Omuncolo che la circonda. Eta Carinae è una stella che sta per eslodere e che potrebbe benissimo essere una progenitrice di un Gamma Ray Burst. Dista da noi circa 7000 anni luce, e probabilmente, a giudicare dal suo asse di simmetria, "sparerà" la sua emissione principale non verso la Terra. Ha preso di mira qualche altro mondo, quindi... per ora possiamo stare tranquilli.

Per 30 anni gli scienziati hanno cercato disperatamente di capire cosa fossero, e solo nel 1997, grazie al satellite italo-olandese BeppoSAX, si è riusciti a localizzarli in maniera sufficientemente precisa da permettere di puntare i nostri telescopi a terra.
Si è quindi scoperto che oltre all’emissione di breve durata di raggi gamma c’è una emissione nella luce visibile, chiamata afterglow, che dura più a lungo, e che ha ci ha permesso di misurare la distanza di questi lampi. Sono tra le sorgenti più lontane che possiamo vedere (vedi curiosità di maggio 2009).
La loro luce viaggia per miliardi di anni per arrivare fino a noi.
Se sono così lontani, eppure sono così brillanti, devono avere una potenza mostruosa.
E così è, infatti: i Gamma Ray Bursts in quanto a potenza sono secondi solo al Big Bang.
Oggi sappiamo che corrispondono alla morte violenta di una stella, e alla nascita di un buco nero nel suo centro.
Parte del materiale che circonda il buco nero neonato viene risucchiato dal vortice della sua gravità, ma una parte invece viene accelerata verso l’esterno, a velocità molto vicine a quella della luce.
È quest’ultima la responsabile di quello che vediamo.
Le energie in gioco sono pazzesche: un Gamma Ray Burst può emettere, in 10 secondi, quello che una intera galassia come la nostra (fatta di 100 miliardi di stelle) emette in 100 anni. E tutto proviene da una stella morente.
La maggior parte di questa enorme energia è emessa in raggi gamma e in raggi X.

Fig. 3 - A sinistra: la Terra sta per essere investita dalla radiazione di un Gamma Ray Burst scoppiato nella nostra Galassia. A destra: La Terra e’ stata investita, e comincia la distruzione dell’ozono (zona rossa) da parte dell’ossido di azoto.
Fig. 3 - A sinistra: la Terra sta per essere investita dalla radiazione di un Gamma Ray Burst scoppiato nella nostra Galassia. A destra: La Terra è stata investita, e comincia la distruzione dell’ozono (zona rossa) da parte dell’ossido di azoto. Animazione a questa pagina della NASA.

Luce penetrante e pericolosa, come quella delle radiografie, ma fortunatamente la nostra atmosfera ci protegge e riesce ad assorbire praticamente tutti i raggi gamma e i raggi X di queste sorgenti.
Non per niente, per scoprirle, dobbiamo mandare degli strumenti in orbita, al di sopra dell’atmosfera.
Oggi sappiamo che nonostante ne vediamo circa uno al giorno, sono tutto sommato eventi rari: ce n’è all’incirca uno per galassia ogni 10 milioni di anni.

Fig. 4 - A sinistra: esempi di fitoplancton, che vive appena sotto la superficie di mari ed oceani. E’ una delle basi della catena alimentare. A destra: diagramma che illustra la percentuale di estinzione delle specie viventi in varie epoche. Sono segnate le 5 estinzioni principali. L’estinzione nel periodo Ordoviciano e’ avvenuta circa mezzo miliardo di anni fa.
Fig. 4 - A sinistra: esempi di fitoplancton, che vive appena sotto la superficie di mari ed oceani. È una delle basi della catena alimentare. A destra: diagramma che illustra la percentuale di estinzione delle specie viventi in varie epoche. Sono segnate le 5 estinzioni principali. L’estinzione nel periodo Ordoviciano è avvenuta circa mezzo miliardo di anni fa.

Ma seppur rari, anche nella nostra Galassia ne sarà capitato qualcuno, o magari capiterà.
Ed è legittimo chiedersi se un burst che scoppia vicino alla Terra possa farci del male.
Supponiamo allora che un Gamma Ray Burst scoppi nella nostra Galassia, a circa 3000 anni luce dalla Terra.
Lontanuccio, direte voi.
Vero, eppure non abbastanza lontano dal metterci al riparo da suoi effetti.
Bisogna però precisare subito una cosa: i Gamma Ray Bursts sono altamente direzionali, come dei cannoni, e la maggior parte di loro non "punta" verso la Terra.
Noi vediamo solo quelli che ci puntano addosso.
Supponiamo quindi che questo ipotetico burst posto a 3000 anni luce ci punti addosso.
Se succedesse, saremmo investiti, per circa 10 secondi, da una "luce" pari ad un centinaio di Soli.
Ma lo vedremmo?
Beh, se per "vedere" intendiamo con i nostri occhi, allora no, perchè il grosso di questa radiazione sarebbe in raggi X e gamma, non in luce visibile, quindi è probabile che vedremmo accendersi nel cielo, per dieci secondi, una stella magari brillante come Sirio, ma probabilmente niente di eccezionale.
Ma circa un minuto dopo, invece, vedremmo accendersi proprio lì, dove la nuova stella era appena scomparsa, un piccola stella brillante come il Sole, molto probabilmente non giallo come il Sole vero, ma blu.
Poi, dopo qualche altro minuto, il Sole blu diventerebbe invisibile.
Pensate a che spavento, e a quale meraviglia.
Ma ci sarebbero morti, o feriti, o danni?
No: per ora solo spavento e meraviglia. Il peggio deve ancora venire, il vero danno si deve ancora compiere, ed è dovuto ad un effetto sottile...
La radiazione del burst infatti inizia una catena chimica e alla fine di questo valzer chimico l’effetto netto è che si distrugge l’ozono (vedi box sotto).
Sappiamo tutti, in questi tempi di buchi dell’ozono, quanto questa molecola (fatta da tre atomi di ossigeno) sia importante per proteggere la vita sulla Terra: l’ozono assorbe circa il 98 per cento della radiazione untravioletta del nostro Sole.
Quindi se esplodesse un Gamma Ray Burst a 3000 anni luce dalla Terra, l’effetto principale sarebbe una diminuzione dello strato dell’ozono, e molti più raggi UV arriverebbero sulla superficie della Terra e soprattutto sulla superficie degli oceani.
Qui vive la base della catena alimentare degli animali: il fitoplancton.
Che purtroppo è molto sensibile alla radiazione UV: se ne arriva troppa, muore....
E con lui se ne potrebbero andare gli animali che si nutrono di fitoplancton, poi gli animali che si nutrono degli animali che mangiano il fitoplancton... e così via. Un discreto disastro.
Ed infatti è stato proposto che un Gamma Ray Burst scoppiato relativamente vicino alla Terra sia all’origine di una delle 5 grandi estinzioni di massa, quella dell’Ordoviciano, quando si estinsero circa un terzodelle specie viventi a quell’epoca, circa mezzo miliardo di anni fa.

BOX: Come viene distrutto l’ozono

Quando la radiazione principale, quella che dura 10 secondi, attraversa l’atmosfera, incontra tantissime molecole di azoto, fatte da 2 atomi di azoto (N2, in simbolo).
Infatti la nostra atmosfera è fatta principalmente da azoto (per il 78 per cento) e da ossigeno (per il 21 per cento).
Il potere penetrante dei raggi X e gamma spacca molte molecole N2 e libera gli atomi di azoto, che, quando sono da soli, trovano conveniente legarsi con l’ossigeno, formando ossido di azoto (NO).
L’ossido di azoto, infine, si lega con l’ozono (O3), per formare una molecola di biossido di azoto (NO2) e una molecola di ossigeno (O2). Il biossido di azoto assorbe bene la luce visibile del nostro Sole (quello vero, giallo...). Ci sarebbe insomma una situazione paradossale: la luce del Sole sarebbe un pochino di meno nella sua parte visibile, ma amplificata nella sua parte ultravioletta, che non viene più assorbita dallo strato protettivo di ozono.

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