I lampi di raggi gamma come candele standard per misurare l’universo lontano
I Lampi di Raggi Gamma (Gamma Ray Bursts - GRB), fino a qualche anno fa uno dei più grandi misteri dell’astrofisica moderna, diventano ora un potente mezzo per misurare le distanze nell'Universo lontano, grazie alla scoperta di un gruppo di ricercatori dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, composto da Giancarlo Ghirlanda, Gabriele Ghisellini, Claudio Firmani e Davide Lazzati, ora in forza al JILA di Boulder, Colorado.
A partire dal 2004, utilizzando un campione di 15 GRB di redshift noto (fino a z=3.2), i ricercatori
milanesi hanno messo in evidenza una stretta correlazione fra l'energia totale emessa da un GRB e la
frequenza alla quale ha luogo la maggior parte dell’emissione del GRB (frequenza spettrale
caratteristica).
Oggi, grazie alle osservazioni condotte con il satellite Swift, frutto di una collaborazione USA-UK-
Italia, in orbita dal 2004, il numero di GRB di distanza nota è salito a 33, permettendo al gruppo di
ricercatori di confermare la correlazione scoperta nel 2004.
“In futuro sarà sufficiente determinare osservativamente la frequenza spettrale caratteristica di un GRB
per conoscerne con precisione l’energia emessa”, sottolinea Ghirlanda. “Dal successivo confronto tra
quest’ultima e la luminosità misurata sarà possibile ricavare la distanza del GRB e della galassia che lo
ospita. Questa scoperta ci permette di utilizzare i GRB come “candele standard” per la determinazione
di distanze cosmologiche, come già viene fatto con le Supernovae di tipo Ia”.
“In realtà della proprietà dei GRB che abbiamo evidenziato offre alla cosmologia osservativa una classe
di indicatori di distanza molto più potente delle Supernovae Ia”, aggiunge Ghisellini, “che, nonostante
siano molto affidabili, a causa della loro minore luminosità possono essere utilizzate solo fino a redshift
z =1.7.”
Grafico dimostrativo della correlazione
fra l'energia totale emessa da un GRB
(asse delle ordinate) e la frequenza alla
quale ha luogo la maggior parte
dell’emissione del GRB (asse delle ascisse)
La scoperta dal gruppo italiano permette invece di determinare le distanze in un intervallo di universo
mai indagato in precedenza, ricongiungendo le misure ottenute attraverso le supernovae con quelle
ricavate dall’analisi della radiazione cosmica di fondo, che porta con sé le caratteristiche dell’universo
prima ancora della formazione di stelle e galassie.
Nonostante la natura della correlazione trovata sia ancora misteriosa e non ci sia una valida
interpretazione teorica, la sua applicazione in campo cosmologico ha già fornito risultati molto
incoraggianti, che sono stati recentemente pubblicati in due lavori sulla rivista specializzata
Astrophysical Journal.
“Il metodo indicato” prosegue Firmani “ha permesso di confermare che l’universo attuale, dopo aver
trascorso gran parte della sua storia rallentando la sua velocitá di espansione, si trovi ora in una fase di
nuova accelerazione. E che il suo contenuto di materia ed energia si divida fra il 30% ed il 70%
rispettivamente”.
I risultati di Ghirlanda et al. offrono quindi una conferma indipendente delle conclusione che erano giá
state raggiunte negli anni passati sia attraverso le misure basate sul metodo delle Supernovae Ia sia
dall’analisi della radiazione cosmica di fondo (CMB). L'agente responsabile di questa accelerazione,
secondo le teorie correnti, sarebbe la cosiddetta “energia oscura” che rappresenta oggi il 70% del
contenuto dell’universo (il rimanente 30% e’ il forma di materia luminosa ed oscura). L’aggettivo
“oscura” non solo indica la non-visibilitá di questo genere di energia, ma sottolinea anche l’attuale
ignoranza circa la sua natura.
Ma é proprio la capacitá dei GRB di raggiungere enormi distanze, alle quali non é possibile osservare
le Supernovae Ia perchè troppo deboli, che permetterá nei prossimi anni uno studio molto piú
dettagliato su alcuni tra i piú stimolanti quesiti della cosmologia moderna: quale sia la natura
dell'energia oscura e in quale epoca questa componente ha determinato la ri-accelerazione
dell’universo.