Concetto artistico di un getto di particelle che attraversa una stella mentre collassa in un buco nero durante un tipico lampo di raggi gamma (GRB). I GRB sono gli eventi elettromagnetici più energetici e luminosi dai tempi del Big Bang.
I lampi di raggi gamma (GRB) sono intense esplosioni di radiazioni gamma, che in genere generano più energia in pochi secondi di quanta ne produca il Sole nell’arco della sua vita di dieci miliardi di anni. Questi fenomeni transitori rappresentano uno degli enigmi più impegnativi dell’astrofisica e risalgono alla loro scoperta accidentale nel 1967 da parte di un satellite di sorveglianza nucleare.
Il dottor Jon Hakkila, ricercatore dell’Università dell’Alabama di Huntsville (UAH), parte del sistema dell’Università dell’Alabama, è l’autore principale di un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal che promette di far luce sul comportamento di queste misteriose centrali cosmiche, concentrandosi sul movimento dei getti da cui hanno origine queste forze. L’articolo è stato redatto in collaborazione con il dottor Timothy Giblin, ex allievo dell’UAH, il dottor Robert Preece e il dottor Geoffrey Pendleton di deciBel Research, Inc.
“Nonostante siano stati studiati per oltre cinquant’anni, i meccanismi con cui i GRB producono luce sono ancora sconosciuti, un grande mistero dell’astrofisica moderna“, spiega Hakkila. Capire i GRB ci aiuta a comprendere alcuni dei meccanismi di produzione della luce più rapidi e potenti che la Natura impiega“.
“ I GRB sono così luminosi che possono essere visti in tutto l’universo e, poiché la luce viaggia a una velocità finita, ci permettono di vedere indietro fino ai primi tempi in cui sono esistite le stelle“.
Una delle ragioni del mistero è l’incapacità dei modelli teorici di fornire spiegazioni coerenti delle caratteristiche dei GRB per quanto riguarda il comportamento della loro curva di luce. In astronomia, una curva di luce è un grafico dell’intensità luminosa di un oggetto celeste in funzione del tempo. Lo studio delle curve di luce può fornire informazioni significative sui processi fisici che le producono e aiutare a definire le teorie su di esse. Non esistono due curve di luce di GRB identiche e la durata dell’emissione può variare da millisecondi a decine di minuti come una serie di impulsi energetici.
“Gli impulsi sono le unità di base dell’emissione dei GRB“, spiega Hakkila. “Indicano i momenti in cui un GRB si illumina e successivamente si spegne. Durante il periodo di emissione, l’impulso di un GRB subisce variazioni di luminosità che a volte si verificano su tempi molto brevi. La cosa strana di queste variazioni è che sono reversibili, così come sono reversibili parole come “rotatore” o “kayak” (palindromi).
“È molto difficile capire come ciò possa accadere, dal momento che il tempo si muove in una sola direzione. Il meccanismo che produce la luce nell’impulso di un GRB in qualche modo produce un modello di luminosità, poi successivamente genera questo stesso modello in ordine inverso. Questo è piuttosto strano e rende i GRB unici”.
In genere si presume che l’emissione dei GRB avvenga all’interno di getti relativistici – potenti flussi di radiazioni e particelle – lanciati da buchi neri appena formati.
“In questi modelli, il nucleo di una stella massiccia morente collassa per formare un buco nero, e il materiale che cade nel buco nero viene fatto a pezzi e reindirizzato verso l’esterno lungo due fasci opposti, o getti”, osserva Hakkila. “Il materiale del getto che punta nella nostra direzione viene espulso verso l’esterno quasi alla velocità della luce. Poiché il GRB ha una durata relativamente breve, si è sempre ipotizzato che il getto rimanga puntato verso di noi per tutta la durata dell’evento. Ma le caratteristiche degli impulsi invertiti nel tempo sono molto difficili da spiegare se provengono da un getto non in movimento“.
Per aiutare a demistificare queste caratteristiche, il documento propone di aggiungere il movimento al getto.
“L’idea di un getto che si muove lateralmente fornisce una soluzione semplice per spiegare la struttura degli impulsi dei GRB invertiti nel tempo“, spiega il ricercatore. “Quando il getto attraversa la linea di vista, un osservatore vedrà la luce prodotta prima da un lato del getto, poi dal centro del getto e infine dall’altro lato del getto. Il getto si illumina e poi si affievolisce man mano che il centro del getto attraversa la linea di vista, e la struttura radialmente simmetrica intorno al nucleo del getto sarà visibile in ordine inverso, man mano che il getto si affievolisce“.
La rapida espansione dei getti dei lampi di luce gamma, unita al movimento dell'”ugello” del getto rispetto a un osservatore, contribuisce a illuminare la struttura dei getti dei GRB.
“I getti devono spruzzare materiale simile al modo in cui una manichetta antincendio spruzza acqua“, dice Hakkila. “Il getto si comporta più come un fluido che come un oggetto solido, e un osservatore che potesse vedere l’intero getto lo vedrebbe come curvo piuttosto che dritto“. Il movimento dell’ugello fa sì che la luce proveniente da diverse parti del getto ci raggiunga in tempi diversi, e questo può essere usato per capire meglio il meccanismo con cui il getto produce la luce, oltre che come laboratorio per studiare gli effetti della relatività speciale”.
La Macchina del Tempo 