Un team di scienziati ha utilizzato diversi telescopi spaziali e terrestri, tra cui il telescopio spaziale James Webb della NASA, il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA e l’Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA, per osservare un pianeta eccezionalmente luminoso. raggi gamma burst, GRB 230307A, e identificare la fusione di stelle di neutroni che ha generato l’esplosione che ha dato origine al burst. Webb ha anche aiutato gli scienziati a rilevare l’elemento chimico tellurio all’indomani dell’esplosione.
Questa presentazione grafica mette a confronto i dati spettrali della kilonova di GRB 230307A osservata dal telescopio spaziale James Webb e un modello di kilonova. Entrambi mostrano un picco distinto nella regione dello spettro associata al tellurio, con l’area ombreggiata in rosso. La scoperta del tellurio, che è più raro del platino sulla Terra, segna il primo sguardo diretto di Webb su un singolo elemento pesante proveniente da una kilonova. Credito immagine: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STSCI)
È probabile che anche altri elementi vicini al tellurio sulla tavola periodica, come lo iodio, necessario per gran parte della vita sulla Terra, siano presenti tra il materiale espulso dalla kilonova. Una kilonova è un’esplosione prodotta dalla fusione di una stella di neutroni con un buco nero o con un’altra stella di neutroni.
“Conosciamo con certezza solo una manciata di kilonove, e questa è solo la seconda per la quale disponiamo di informazioni spettrali così dettagliate”, ha affermato Tanmoy Laskar, assistente professore presso l’Università dello Utah, coautore dello studio. .
“A poco più di 150 anni da quando Dmitri Mendeleev scrisse la tavola periodica degli elementi, grazie a Webb siamo ora finalmente nella posizione di iniziare a riempire quegli ultimi spazi vuoti nella comprensione di dove tutto è stato creato”, ha affermato Andrew Levan della Radboud University. Paesi Bassi e l’Università di Warwick nel Regno Unito, autore principale dello studio.
Mentre le fusioni di stelle di neutroni sono state a lungo teorizzate come le “pentole a pressione” ideali per creare alcuni degli elementi più rari sostanzialmente più pesanti del ferro, gli astronomi hanno già incontrato alcuni ostacoli nell’ottenere prove concrete.
Le Kilonova sono estremamente rare, il che rende difficile l’osservazione di questi eventi. I brevi lampi di raggi gamma (GRB), tradizionalmente considerati quelli che durano meno di due secondi, possono essere sottoprodotti di questi rari episodi di fusione. Al contrario, i lampi di raggi gamma lunghi possono durare diversi minuti e sono solitamente associati alla morte esplosiva di una stella massiccia.
Il caso di GRB 230307A è particolarmente notevole. Rilevato per la prima volta da Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA a marzo, è il secondo GRB più luminoso osservato in oltre 50 anni di osservazioni, circa 1.000 volte più luminoso di un tipico lampo di raggi gamma osservato da Fermi. Inoltre è durato 200 secondi, collocandolo saldamente nella categoria dei lampi di raggi gamma di lunga durata, nonostante la sua diversa origine.
“Questa esplosione rientra nella categoria dei lunghi. Non è vicino al confine. Ma sembra provenire da una stella di neutroni in fusione”, ha aggiunto Eric Burns, coautore dell’articolo e membro del team Fermi presso la Louisiana State University.
La collaborazione di molti telescopi a terra e nello spazio ha permesso agli scienziati di mettere insieme una grande quantità di informazioni su questo evento non appena l’esplosione è stata rilevata per la prima volta. È un esempio di come satelliti e telescopi lavorano insieme per testimoniare i cambiamenti nell’universo mentre si manifestano.
Dopo il primo rilevamento, è iniziata un’intensa serie di osservazioni da terra e dallo spazio, anche con Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA, è entrato in azione per individuare la sorgente nel cielo e per tracciarne la variazione di luminosità alle lunghezze d’onda dei raggi X, ottici, infrarossi e radio.
Questa radiazione è solitamente alimentata dall’interazione del getto del lampo di raggi gamma con l’ambiente circostante ed è chiamata afterglow. Gli scienziati hanno scoperto che la luminosità del bagliore residuo si comportava in modi inaspettati.
“Nessuno dei nostri modelli di afterglow aveva alcun senso”, ha detto Laskar, che ha contribuito a esplorare ed escludere modelli alternativi per la luce osservata. La radiazione si è evoluta rapidamente ed è diventata troppo rossa, caratteristica tipica di una kilonova.
In tempi successivi sarebbe stato impossibile studiare questa kilonova da terra, ma queste erano le condizioni perfette per gli strumenti NIRCam (Near-Infrared Camera) e NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb per osservare questo ambiente tumultuoso. Lo spettro ha linee larghe che mostrano che il materiale viene espulso ad alta velocità, ma una caratteristica è chiara: la luce emessa dal tellurio, un elemento più raro del platino sulla Terra.
Le capacità infrarosse altamente sensibili di Webb hanno aiutato gli scienziati a identificare l’indirizzo di casa delle due stelle di neutroni che hanno creato la kilonova: una galassia a spirale distante circa 120.000 anni luce dal luogo della fusione.
Questa immagine ottenuta dallo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb evidenzia la kilonova di GRB 230307A e la sua ex galassia natale nel loro ambiente locale di altre galassie e stelle in primo piano. Le stelle di neutroni furono espulse dalla loro galassia natale e percorsero una distanza di circa 120.000 anni luce, approssimativamente il diametro della Via Lattea, prima di fondersi finalmente diverse centinaia di milioni di anni dopo. Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STSCI, Andrew Levan (IMAPP, WARW)
Prima della loro impresa, una volta erano due normali stelle massicce che formavano un sistema binario nella loro galassia a spirale natale. Poiché la coppia era legata gravitazionalmente, entrambe le stelle furono lanciate insieme in due occasioni separate: quando una della coppia esplose come una supernova e divenne una stella di neutroni, e quando l’altra stella seguì l’esempio.
In questo caso, le stelle di neutroni sono rimaste come sistema binario nonostante due scosse esplosive e sono state espulse dalla loro galassia natale. La coppia ha viaggiato all’incirca con un diametro pari a quello della Via Lattea prima di fondersi diverse centinaia di milioni di anni dopo.
Gli scienziati si aspettano di trovare ancora più kilonova in futuro grazie alle crescenti opportunità di far funzionare i telescopi spaziali e terrestri in modi complementari per studiare i cambiamenti nell’universo. Ad esempio, mentre Webb può scrutare più profondamente nello spazio che mai, lo straordinario campo visivo della NASA sarà di prossima uscita Telescopio spaziale romano Nancy Grace consentirà agli astronomi di scoprire dove e con quale frequenza si verificano queste esplosioni.
“Webb fornisce una spinta fenomenale e potrebbe trovare elementi ancora più pesanti”, ha affermato Ben Gompertz, coautore dello studio presso l’Università di Birmingham nel Regno Unito.
“Man mano che otteniamo osservazioni più frequenti, i modelli miglioreranno e lo spettro potrebbe evolversi maggiormente nel tempo. Webb ha sicuramente aperto la porta a fare molto di più, e le sue capacità saranno completamente trasformative per la nostra comprensione dell’universo”.
Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Natura.
Fonte: Università dell’Utah
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