Utilizzando più osservatori, gli astronomi rilevano direttamente un lampo luminoso che porta al tellurio in due stelle di neutroni che si fondono.
Uno straordinario scoppio di alta energia un lampo di luce nel cielo ha indirizzato gli astronomi verso una coppia di stelle di neutroni che forgiano metalli a 900 milioni di anni luce dalla Terra.
Due stelle di neutroni iniziano a fondersi nel concetto di questo artista, emettendo getti di particelle ad alta velocità e producendo una nuvola di detriti. Credito immagine: A. Simonnet (Sonoma State University) e Goddard Space Flight Center della NASA
In un studio in apparenza In Naturaun team internazionale di astronomi, tra cui scienziati del MIT, riferisce di aver rilevato un lampo di raggi gamma (GRB) estremamente luminoso, che è il tipo di esplosione più potente conosciuto nell’universo.
Questo particolare GRB è il secondo più luminoso finora rilevato e gli astronomi hanno fatto risalire l’origine del lampo a due stelle di neutroni che si fondono. Le stelle di neutroni sono i nuclei collassati e ultradensi di stelle massicce e si pensa che siano il luogo in cui vengono forgiati molti dei metalli pesanti dell’universo.
Il team ha scoperto che quando le stelle si giravano l’una intorno all’altra e alla fine si fondevano, emettevano un’enorme quantità di energia sotto forma di lampi GRB.
Immagine JWST/NIRCam del campo GRB 230307A che mostra il flash di kilonova associato e la sua galassia ospite. Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, A. Levan (Radboud University)
E, per la prima volta, gli astronomi hanno rilevato direttamente segni di metalli pesanti nel periodo successivo alla stella. Nello specifico, hanno raccolto un chiaro segnale di tellurio, un elemento pesante e leggermente tossico che è più raro del platino sulla Terra ma che si ritiene sia abbondante in tutto l’universo.
Gli astronomi stimano che la fusione abbia emesso abbastanza tellurio da eguagliare la massa di 300 Terre. E se il tellurio è presente, la fusione deve aver prodotto altri elementi strettamente correlati come lo iodio, che è un nutriente minerale essenziale per gran parte della vita sulla Terra.
La scoperta è stata fatta attraverso lo sforzo collettivo di astronomi di tutto il mondo, utilizzando il James Webb Space Telescope (JWST) della NASA e altri telescopi terrestri e spaziali, tra cui il satellite TESS della NASA (una missione guidata dal MIT) e il Very Large Telescope ( VLT) in Cile, che gli scienziati del MIT hanno contribuito alla scoperta.
“Questa scoperta rappresenta un importante passo avanti nella nostra comprensione dei siti di formazione degli elementi pesanti nell’universo e dimostra il potere di combinare osservazioni in diverse lunghezze d’onda per rivelare nuove intuizioni su queste esplosioni estremamente energetiche”, afferma il coautore dello studio Benjamin Schneider, un postdoc presso il Kavli Institute for Astrophysical and Space Research del MIT.
Schneider è uno dei tanti ricercatori provenienti da molteplici istituzioni di tutto il mondo che hanno contribuito allo studio, condotto da Andrew Levan della Radboud University nei Paesi Bassi e dell’Università di Warwick nel Regno Unito.
Flash burst: “Tutto in una volta”
Il lampo iniziale è stato rilevato il 7 marzo 2023 dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ed è stato determinato essere un lampo di raggi gamma eccezionalmente luminoso, che gli astronomi hanno etichettato GRB 230307A.
“Potrebbe essere difficile sopravvalutare quanto fosse brillante”, afferma Michael Fausnaugh, che all’epoca era ricercatore al MIT e ora è assistente professore alla Texas Tech University.
“Nell’astronomia dei raggi gamma, di solito si contano i singoli fotoni. Ma sono arrivati così tanti fotoni che il rilevatore non è riuscito a distinguerne i singoli. Era un po’ come se il quadrante avesse toccato il massimo”.
Anche il lampo ultraluminoso è stato eccezionalmente lungo, durando 200 secondi, mentre le fusioni di stelle di neutroni in genere danno luogo a GRB brevi che lampeggiano per meno di due secondi. Il bagliore luminoso e di lunga durata ha suscitato immediato interesse in tutto il mondo, mentre gli astronomi hanno puntato una serie di altri telescopi verso il lampo.
Questa volta, la luminosità del lampo ha funzionato a vantaggio degli scienziati, poiché il brillamento di raggi gamma è stato rilevato dai satelliti in tutto il sistema solare. Triangolando queste osservazioni, gli astronomi hanno potuto individuare la posizione dell’esplosione: nel cielo meridionale, all’interno della costellazione della Mensa.
Al MIT, Schneider e Fausnaugh si unirono alla ricerca su più fronti. Poco dopo il rilevamento iniziale di Fermi, Fausnaugh ha controllato per vedere se l’esplosione era visibile nei dati acquisiti dal satellite TESS, che puntava verso la stessa sezione di cielo in cui era stato inizialmente rilevato GRB 230307A.
Fausnaugh ha esaminato quella parte dei dati TESS e ha individuato l’esplosione, quindi ha tracciato la sua attività dall’inizio alla fine.
“Potevamo vedere tutto in una volta”, dice Fausnaugh. “Abbiamo visto un lampo davvero luminoso, seguito da un piccolo urto, o bagliore residuo. Quella era una curva di luce davvero unica. Senza TESS, è quasi impossibile osservare i primi lampi ottici che si verificano contemporaneamente ai raggi gamma”.
Nel frattempo, Schneider ha esaminato l’esplosione con un altro telescopio terrestre: il Very Large Telescope (VLT) in Cile. Come membro di un vasto programma di osservazione GRB in esecuzione su questo telescopio, Schneider si trovava di turno subito dopo l’osservazione iniziale del Fermi e puntò il telescopio verso il lampo.
Le osservazioni del VLT hanno fatto eco ai dati di TESS e hanno rivelato uno schema altrettanto curioso: le emissioni del GRB sembravano passare rapidamente dalla lunghezza d’onda blu a quella rossa. Questo schema è caratteristico di una kilonova, una massiccia esplosione che tipicamente si verifica quando due stelle di neutroni si scontrano.
Le analisi del gruppo del MIT, combinate con altre osservazioni in tutto il mondo, hanno contribuito a determinare che il GRB era probabilmente il prodotto della fusione di due stelle di neutroni.
Un calcio stellare
Dove ha avuto origine la fusione stessa? Per questo, gli astronomi si sono rivolti alla vista a campo profondo del JWST, che può vedere più lontano nello spazio rispetto a qualsiasi altro telescopio. Gli astronomi hanno utilizzato JWST per osservare GRB 230307A, sperando di individuare la galassia ospite da cui hanno avuto origine le stelle di neutroni.
Le immagini del telescopio hanno rivelato che, stranamente, il GRB sembrava essere disancorato da qualsiasi galassia ospite. Ma sembrava che ci fosse una galassia vicina, a circa 120.000 anni luce di distanza.
Le osservazioni del telescopio suggeriscono che le stelle di neutroni siano state espulse dalla galassia vicina. Probabilmente si sono formate come una coppia di stelle massicce in un sistema binario.
Alla fine, entrambe le stelle collassarono in stelle di neutroni, in eventi potenti che di fatto “cacciarono” la coppia fuori dalla loro galassia natale, costringendole a fuggire in una nuova posizione dove lentamente girarono l’una sull’altra e si unirono, diverse centinaia di milioni di anni dopo.
Tra le emissioni energetiche della fusione, JWST ha rilevato anche un chiaro segnale di tellurio. Mentre la maggior parte delle stelle può trasformare elementi più leggeri in ferro, si ritiene che tutti gli altri elementi più pesanti nell’universo siano stati forgiati in ambienti più estremi, come la fusione di stelle di neutroni.
Il rilevamento del tellurio da parte del JWST ha ulteriormente confermato che una fusione di stelle di neutroni ha prodotto il lampo gamma iniziale.
“Per JWST è solo l’inizio e ha già fatto un’enorme differenza”, afferma Schneider. “Nei prossimi anni verranno rilevate più fusioni di stelle di neutroni. La combinazione di JWST con altri potenti osservatori sarà cruciale per far luce sulla natura di queste esplosioni estreme”.
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Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
