La forma conta, per capire il lampo gamma più brillante

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Il cono irregolare formato dal materiale espulso può aiutare a comprendere questo straordinario evento. L'esplosione non solo è stata molto più luminosa di qualsiasi altra osservata in precedenza, ma è stato anche seguito da un persistente afterglow che dura tuttora, otto mesi dopo il lampo iniziale, mentre gli afterglow dei lampi gamma di solito svaniscono pochi giorni dopo l'evento. I modelli astrofisici attuali non prevedono che si possano combinare una luminosità e un afterglow così straordinari, ma la forma del getto rende il fenomeno più comprensibile.

Il 9 ottobre 2022, i telescopi hanno individuato il più luminoso gamma-ray burst mai registrato a partire dalla prima rilevazione di questi fenomeni negli anni Settanta. È stato chiamato GRB 221009A e soprannominato BOAT (brightest of all times): il più luminoso di tutti i tempi. Si ritiene che il lampo sia il risultato del collasso di una stella massiccia, situata a circa 2,4 miliardi di anni luce dalla Terra, che probabilmente si è trasformata in un buco nero.

I lampi di raggi gamma sono le esplosioni a più alta energia dell'Universo e creano condizioni che non possono essere riprodotte nemmeno negli acceleratori di particelle. Possono essere la chiave per studiare gli stati esotici della materia, come quelli che si trovano nei buchi neri e nelle stelle di neutroni. Inoltre, sono così luminosi che alcuni di essi potrebbero veicolare la luce delle esplosioni delle stelle primordiali.

Il GRB 221009A ha posto però un dilemma agli scienziati. "Se mettiamo insieme nei calcoli un burst molto brillante e un afterglow di lunga durata, si vede che l'energia rilasciata dall'esplosione è troppo alta", dice Eleonora Troja, fisica dell'Università di Roma - Tor Vergata Roma e coautrice del lavoro. "O si ottiene una cosa o l'altra: altrimenti la teoria non regge".

Ma i calcoli attuali si basano sull'ipotesi che il getto di materiale emesso dal burst abbia una forma conica ben definita. Quando Troja e i coautori hanno analizzato la radiazione registrata da una serie di telescopi diversi nei primi tre mesi dopo l'evento, hanno scoperto che il getto aveva piuttosto una forma simile a un cono sfocato: un nucleo stretto ed energetico circondato da un ampio bozzolo.

"Se il getto non è un cono uniforme, ma ha questa struttura, allora la maggior parte dell'energia è nel nucleo centrale, mentre l'afterglow proviene dal bozzolo. Questo alleggerisce molto il problema energetico", spiega Troja.

La forma proposta è coerente con le simulazioni al computer proposte dai teorici, sottolinea Troja. Come possa formarsi una struttura del genere non è ancora chiaro, ma è possibile che sia a causa dell'interazione del getto con ciò che resta della stella collassata che lo circonda.

Non è la prima volta che viene trovato un getto strutturato dopo un gamma ray burst, sottolinea Luigi Piro, ricercatore dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), non coinvolto nello studio. Nel 2017 i telescopi hanno rilevato un gamma-ray burst derivante dalla fusione di due stelle di neutroni, un evento chiamato GW170817, che ha portato anche a una delle prime rilevazioni di onde gravitazionali, e il cui getto risultante aveva una struttura complessa.

Quello del 2017 era però un burst di breve durata, risultato di un processo fisico completamente diverso. "L'ultima scoperta è importante, perché dimostra che i getti strutturati si verificano anche nei lampi gamma di lunga durata", afferma Piro.

Troja spera che un altro evento come quello del 2022 possa ripetersi nei prossimi 5-10 anni. "Dovremo aspettare, ma la tecnologia progredirà e forse riusciremo a fotografare il getto", conclude. Anche le indagini a raggi X della Sonda Svom e della Sonda Einstein, il cui lancio è previsto entro il 2023, potrebbero scoprire altri gamma-ray burst.