RESTRICTED AREA
 
alt nullHomepage > Divulgazione > L'universo invisibile > Astronomia gamma > Sorgenti di emissione gamma > Lampi gamma

L'UNIVERSO INVISIBILE

Astronomia gamma

Sorgenti di emissioni gamma

Il sole Emissione diffusa Stelle di neutroni Buchi neri Nucleosintesi Nuclei galattici attivi Lampi gamma Elettrodinamica

 

Gamma ray bursts - Introduzione

Se avessimo la possibilità di osservare il cielo nei raggi gamma con i nostri occhi potremmo verificare che ogni giorno nel cielo appare una stella nuova, così luminosa da abbagliarci e nascondere tutte le altre sorgenti celesti, e che dopo pochi secondi, così come è apparsa, sparisce nel nulla. Di cosa si tratta? Sono i gamma ray burst, ossia lampi gamma, un fenomeno che è rimasto avvolto nel mistero per oltre 30 anni e che soltanto recentemente, grazie ai satelliti Beppo - Sax, HETE-2, INTEGRAL e SWIFT è stato parzialmente svelato.

 

Una scoperta casuale

Il fenomeno fu scoperto casualmente alla fine degli anni sessanta dai satelliti militari della serie Vela, un tipo di satellite dell’esercito americano che era stato concepito per rilevare l’emissione gamma da esplosioni nucleari sulla superficie terrestre. Oltre a verificare il rispetto dell’accordo internazionale di non proliferazione delle armi nucleari, i satelliti vela rilevarono alcuni lampi gamma. La rivelazione contemporanea da parte di più satelliti fece capire presto che i lampi non provenivano dal suolo terrestre ma dallo spazio profondo. La scoperta casuale venne mantenuta segreta per oltre sei anni e poi annunciata alla comunità astronomica nel 1973. Nei successivi trent’anni vennero messi in orbita parecchi satelliti per studiare il fenomeno (vedi triangolazione interplanetaria), ma presto ci si accorse che un telescopio gamma non era sufficiente in quanto la brevità dell’evento rendeva a volte arduo localizzare il lampo gamma.

animazione di un lampo gamma ripreso con BATSE

 

La NASA rispose a questa sfida installando a bordo del Compton Gamma Ray Observatory l’esperimento Burst and Transient Source Experiment (BATSE) col compito di determinare la posizione e lo spettro di queste sorgenti. La posizione era utile per capire se i lampi avevano un’origine galattica o extragalattica mentre lo spettro doveva permettere di capire il meccanismo di emissione per risalire a quale oggetto l’avesse generato. In 9 anni di attività BATSE ha osservato più di 2700 lampi gamma distribuiti uniformemente nella volta celeste. Questa distribuzione si accordava molto bene con l’origine extragalattica dei lampi ma era un indizio e non la prova definitiva. L’esperimento BATSE ha permesso di raggiungere alcune conclusioni: i lampi gamma appaiono improvvisamente nel cielo, sempre in posizioni differenti, e non si ripetono; le loro posizioni, conosciute con precisione di qualche grado (cioè circa 3-4 volte il diametro lunare), hanno una distribuzione isotropa nel cielo.

 

Le scoperte di Sax

SAX (file PDF)

 

SAXPer capire di quale fenomeno si tratta è necessario determinare la distanza dei lampi gamma. Nel cerchio di errore di BATSE cadevano parecchie sorgenti e il compito di determinare quale di esse fosse la progenitrice era assai arduo. Determinare le distanze dei lampi gamma era di fondamentale importanza, infatti se i lampi gamma fossero stati di origine extragalattica sarebbero stati gli eventi più energetici dell’universo. Il problema venne risolto col lancio dalla base di Vandeberg del satellite italiano Sax ribattezzato poi Beppo-Sax in onore al grande astrofisico Giuseppe Occhialini, fondatore dell’astrofisica delle alte energie in Italia. Questo satellite presentava delle caratteristiche uniche che il team riuscì a sfruttare al meglio: infatti, poiché il lampo gamma svanisce in pochi secondi, era necessario poter puntare la strumentazione nel tempo più breve possibile.

Il satellite VelaLa carta vincente di Beppo-Sax fu quella di aver a disposizione un sistema di anticoincidenza sensibile ai raggi gamma, normalmente utilizzato per proteggere gli strumenti dalle particelle cariche, disposto perpendicolarmente alla direzione di osservazione dei principali strumenti X. Fortunatamente il satellite era anche fornito di due Wide Field camera (strumenti a grande campo), orientate perpendicolarmente rispetto ai telescopi X principali. Il team di Sax operava nel seguente modo, quando un’esplosione gamma veniva rivelata per caso dall’anticoincidenza di Beppo-Sax c’era una buona probabilità che la sorgente transiente cadesse all’interno del campo di vista di una delle due wide field camera X del satellite. I dati della wide field camera X venivano usati per cercare la nuova sorgente e calcolare la posizione per poi ripuntare il vero telescopio X alle coordinate della nuova sorgente . Grazie a questa strategia il cerchio di indeterminazione scendeva al di sotto dei 40" d’arco e la posizione della sorgente veniva quindi fornita nel tempo più breve possibile ai principali osservatori a terra che cercavano la controparte ottica all’interno del cerchio di indeterminazione.

I burst gamma scoperti con BATSE

 

Il 28 febbraio 1997 il primo lampo cadde nella rete preparata dal team di Sax, si trattava del lampo GRB970228 (la sigla indica la data) che, 8 ore dopo, veniva studiato anche nei raggi X. La controparte X venne individuata grazie al suo progressivo affievolirsi. alt nullLa posizione precisa consentì di trovare un bagliore residuo (afterglow) nell’ottico. La debolezza della sorgente però non consentì di determinare la sua distanza in quanto non era possibile ottenere uno spettro. L’8 maggio il GRB970508 cadde nella trappola, tutte le operazioni precedentemente descritte vennero accelerate e il telescopio Keck riuscì ad ottenere lo spettro dell’afterglow ottico dimostrando che presentava un red shift di 0,83 corrispondente ad una distanza di 7 miliardi di anni luce. I lampi gamma erano veramente gli oggetti più energetici dell’universo! Sax ha permesso di osservare e determinare la distanza di una trentina di lampi gamma tutti posti ad una distanza compresa tra 5 e 12 miliardi di anni luce.

Il GRB030329

 

La missione SWIFT

 

Swift, i risultati di un anno in orbita

 

I progenitori

 

 

 

Un modello di lampo gamma recentemente proposto

 

Scarica l’animazione dei lampi gamma (quicktime movies) Scarica l’animazione sul satellite HETE-2 (quicktime movies) Scarica l’animazione dell’esplosione di supernova (quicktime movies)

 

Torna all’inizio della pagina