Il lampo gamma del 19 marzo 2008: uno sguardo nel remoto
Intervista al Professor Guido Chincarini
Il 19 marzo scorso la volta celeste ci ha offerto uno spettacolo rarissimo. Prof.Chincarini ci racconti cosa è successo.
A sinistra il lampo di raggi gamma registrato dal satellite Swift; a destra il lampo di raggi gamma registrato dal telescopio ottico TORTORA.
crediti: NASA Swift Team, Stefan Immler (GSFC) et al..
Il 19 marzo scorso è stato, dal punto di vista astronomico, un giorno un po´ particolare: nell’arco di 24 ore Swift, un satellite della NASA con partecipazione italiana e inglese, a cui l’Italia e in particolare l’Osservatorio Astronomico di Brera (OAB) ha dato un contributo fondamentale, ha registrato l’esplosione di ben 4 lampi di raggi gamma (Gamma Ray Bursts).
I gamma ray bursts lunghi (esplosioni durante le quali l’emissione di raggi gamma dura più di due secondi) sono eventi generalmente correlati all’esplosione di una stella molto massiva che ha esaurito i propri combustibili nucleari; in balia della sola forza di gravità il cuore della stella collassa dando origine a una stella di neutroni o un buco nero e rilasciando una immensa quantità di energia sotto forma di raggi gamma, un’energia paragonabile a quella che il Sole emetterebbe in 3000 miliardi di anni.
Col passare del tempo il lampo è solitamente osservabile anche alle bande meno energetiche dello spettro elettromagnetico, dai raggi X alle onde radio (questa emissione post-lampo viene chiamata afterglow).
Poichè la frequenza con cui si avvistano tali fenomeni è di circa due alla settimana, è comprensibile lo smarrimento e la felicità degli astronomi che il 19 marzo sono stati sommersi da una grande quantità di lavoro da svolgere e dall’abbondanza di dati raccolti.
Va precisato tuttavia che l’osservazione di tanti lampi gamma in un breve periodo non ha nessuna rilevanza scientifica essendo una semplice conseguenza di fluttuazioni statistiche.
Ciò che di davvero straordinario è avvenuto il 19 marzo è che uno dei lampi gamma osservati, il GRB 080319B (il secondo in ordine di tempo), è stato talmente brillante da poter essere visto ad occhio nudo!
Per circa trenta secondi, guardando il cielo nella costellazione di Boote, chiunque avrebbe potuto osservare un piccolo e nuovo punto brillante; piccolo ma tutt’altro che insignificante: con la sua debole luce, proveniente da una sorgente posta a 7,5 miliardi di anni luce di distanza, il GRB 080319B è stato l’oggetto più lontano che sia mai stato possibile osservare ad occhio nudo.
Qual è la rilevanza scientifica del GRB 080319B?
I lampi a raggi gamma sono un fenomeno astronomico conosciuto solo da quaranta anni e pertanto ancora avvolti da un alone di mistero.
Artist impression di un lampo di raggi gamma.
Per vedere un'animazione al computer vai al sito della NASA http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/bursts.html.
crediti: NASA/SkyWorks Digital.
Per rispondere alle domande fondamentali sulla loro natura è necessario osservarli con molta attenzione; alcuni GRB sono particolarmente generosi e permettono agli astronomi di raccogliere preziose informazioni.
Tale è stato il GRB 080319B: una serie di fortunate circostanze ha reso infatti possibile uno studio sull’evoluzione di questo lampo gamma nei primi istanti successivi allo scoppio utilizzando tutte le frequenze dello spettro elettromagnetico: dai raggi gamma alle onde radio.
Il telescopio spaziale Swift, messo in orbita nel Novembre del 2004 proprio per lo studio dei GRB, osserva una vasta regione del cielo (circa un ottavo di tutto il cielo) svolgendo un ruolo di sentinella: non appena avvista un lampo di raggi gamma ridireziona in 60/100 secondi il satellite in modo tale che tutti gli strumenti, anche quelli a piccolo campo, lo possano osservare e nel contempo ne invia le coordinate celesti ai telescopi a terra via internet.
Entro dieci minuti circa i telescopi a terra sono in grado di puntare verso il lampo.
Ma nel caso del GRB 080319B è accaduta una cosa curiosa.
Nella notte del 19 marzo, TORTORA, un telescopio italo-russo a grande campo sensibile alla banda ottica (posto a La Silla, in Cile, al di sopra del telescopio ottico-infrarosso REM) stava osservando la regione di cielo in cui è esploso il GRB 080319A (il primo in ordine temporale) quando, nello stesso campo di vista, è comparso un nuovo lampo di luce: il GRB 080319B!
Tale coincidenza, porta con sé un enorme vantaggio: il GRB 080319B è stato osservato anche in banda ottica sin dai primi istanti dalla sua comparsa. TORTORA non ha dovuto attendere il segnale da Swift per poter puntare in direzione dello scoppio: il lampo era fortunatamente già nel suo campo di vista ed era così brillante da poter essere registrato.
Il telescopio a grande campo TORTORA permette una risoluzione temporale massima di 0.12 secondi, ossia è in grado di registrare il flusso della sorgente ogni 0.12 secondi. Tuttavia, per questioni legate alla debole intensità della sorgente e al fine di ottimizzare i dati raccolti, molto spesso è preferibile usare risoluzioni temporali più basse: nel campo dei GRB una risoluzione temporale media di 1.2 secondi rappresenta già un record.
Nel caso del GRB 080319B però l’emissione è stata così intensa da permettere di ottenere dati di buona qualità anche alla risoluzione temporale massima; attraverso un’analisi lunga ed accurata per i ricercatori sarà quindi possibile utilizzare la risoluzione di 0.12 secondi: per la prima volta si avranno a disposizione dati ad alta risoluzione temporale sulle prime fasi dell’emissione in ottico di un GRB.
Si tratta di un risultato davvero eccezionale che potrebbe fornire preziose informazioni sulla formazione e l’evoluzione dei getti relativistici che spesso accompagnano i lampi di raggi gamma.
Inoltre è stato possibile, grazie ai telescopi di VLT dell’ESO, seguire l’evoluzione spettroscopica nella banda ottica della sorgente entro le prime ore dallo scoppio e scoprire come la grande energia emessa possa modificare il mezzo interstellare della galassia che ospita il lampo.
Insomma il convergere di alcune favorevoli condizioni come l’elevata luminosità ottica della sorgente e la posizione dello strumento TORTORA hanno reso il GRB 080319B molto importante per la comprensione dei meccanismi fisici che governano i GRBs.
Scarica il filmino ad alta risoluzione del lampo di luce registrato dal telescopio TORTORA con relativa curva di luce: grb080319b_lc.mp4
crediti: TORTORA Team
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A proposito di ricerca astronomica, Swift ha rappresentato una vera svolta nello studio dei GRB. Quali sono i suoi punti di forza?
Il satellite Swift (artist impression)
Swift è un vero e proprio gioiello della tecnica in orbita dal Novembre 2004. Il satellite, la cui missione scientifica è proprio lo studio dei GRB, ha identificato, negli ultimi 3 anni, più di trecento nuovi lampi a raggi gamma permettendo analisi statistiche su queste curiose sorgenti, prima impossibili, vista l’esigua quantità di dati disponibili.
La caratteristica che rende Swift insostituibile nello studio di simili sorgenti è la sua capacità di osservare a molte lunghezze d’onda e la sua incomparabile velocità di puntamento.
A bordo del satellite si trovano tre strumenti: BAT (Burst Alert Telescope) sensibile alla radiazione tra i 15 e i 200 keV, XRT un telescopio a raggi X sensibile alla radiazione tra i 0,3 e i 10 KeV e UVOT operante nell’ultravioletto e nel visibile alle lunghezze d’onda comprese tra i 1700 e i 6000 Å.
Come una "sentinella" BAT è in grado di osservare contemporaneamente una vasta zona di cielo; dal momento in cui BAT avvista un lampo al momento in cui gli strumenti XRT e UVOT sono posizionati in direzione del GRB passano al più 100 secondi.
Considerando il fatto che i precedenti satelliti richiedevano ore per poter puntare gli strumenti in direzione del lampo, è possibile affermare che Swift rappresenta davvero uno strumento di svolta nello studio dei GRB.
La sua velocità ha infatti permesso di approfondire la nostra conoscenza sulle prime fasi del lampo, momenti chiave per la comprensione del fenomeno fisico.
Non solo; grazie a Swift è ora possibile per l’intera comunità scientifica accedere alle osservazioni raccolte dagli strumenti a bordo del satellite anche nei momenti "morti", ossia quando non vi è alcuna osservazione di GRB in corso. In questo modo il satellite dá il suo contributo anche allo studio di galassie, supernovae e di tutti quei fenomeni astronomici che coinvolgano le alte energie, in particolare sorgenti di raggi X rapidamente variabili (altrimenti dette transienti X).
Qual è stato il ruolo dell’OAB nella realizzazione di Swift e nelle osservazioni compiute?
Dal punto di vista della realizzazione del satellite, l’Osservatorio Astronomico di Brera (e l’Università di Milano attraverso il mio lavoro) ha dato un contributo essenziale in quanto il telescopio a raggi X è stato interamente costruito e calibrato dal gruppo di ricerca dell’OAB in collaborazione con industrie italiane.
Il telescopio REM
Inoltre, il gruppo GOLEM (Gruppo di Ottiche e Lenti Merate) dell’OAB, seguendo le mie indicazioni e la coordinazione nella realizzazione del Dr. F. Zerbi, ha progettato, costruito e calibrato il telescopio ad infrarossi REM (Rapid Eye Mount), posto a La Silla, primo telescopio infrarosso robotico a livello mondiale; la gestione dello strumento è affidata al gruppo di ricerca GOLEM dell’OAB.
Lo scopo di questo strumento sensibile alla radiazione infrarossa è quello di completare le osservazioni di Swift in un intervallo di lunghezze d’onda alle quali gli strumenti a bordo del satellite non sono sensibili identificando anche lampi gamma ad alto redshift, osservabili appunto nell’infrarosso (in particolare alle lunghezze d’onda comprese tra gli 800 e i 2500 nm).
Attualmente il gruppo Swift Italia (OAB, IASF Palermo, ASDC ASI) ha responsabilità nel seguire le osservazioni dei GRB con il satellite Swift una settimana ogni cinque con il coinvolgimento di persone addette per 24 ore su 24.
Il gruppo di ricerca Swift dell’OAB, composto da professori dell’Università di Milano-Bicocca, ricercatori e da un continuo flusso di studenti e dottorandi, ha un ruolo molto importante nell’analisi dei dati e porta avanti da anni lavori di ricerca che hanno dato fondamentali contributi sullo studio di queste misteriose ed affascinanti sorgenti.