Questo è un esempio del collasso di una stella massiccia in cui si forma un disco in rotazione che potrebbero anche portare ad un getto relativistico. Questa immagine di "collapsar" può spiegare almeno una classe di lampi di raggi gamma, le esplosioni cosmiche che sono un milione di miliardi di volte più luminosi del Sole! lampi di raggi gamma durano da pochi millisecondi a qualche minuto, e per quel tempo essi sono le più brillanti sorgenti di raggi gamma in tutto l'Universo osservabile. L'energia da un evento è sufficiente a fornire energia elettrica al mondo intero per circa un centinaio di milioni di miliardi di miliardi di anni. (Credit: Piro Tony / Caltech)
Una nuova analisi di quattro esplosioni estremamente luminose osservate dal satellite FERMI della NASA suggeriscono che il residuo da una raffica di lunga durata di raggi gamma è scaturita probabilmente da un buco nero e non dalla rapida rotazione di una stella di neutroni altamente magnetizzata, poiché tale scoppio energia è più intenso di quanto sia teoricamente possibile per una magnetar.
"Alcuni degli eventi che abbiamo scoperto sembrano spingere proprio contro questo limite complessivo delle stelle di neutroni", ha detto Bradley S. Cenko, presso l'Università di California, Berkeley.
Cenko ha presentato questi risultati il 3 novembre presso la conferenza Gamma Ray Bursts 2010 di Annapolis, nel Maryland (USA). Cenko è membro di un team internazionale che include astronomi dell'Università di Berkeley e del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) a New Messico.
Il gruppo ha presentato un documento dettagliato delle analisi all'Astrophysical Journal.
I gamma-ray burst (GRB) di lunga durata si pensa che siano creati dal crollo esplosivo in lontane galassie di stelle massicce. L'esplosione è visibile dalla Terra perché la luce viene emessa in un cono stretto, come un raggio emesso da un faro. Scoperta nel 1967 da satelliti in cerca di esplosioni nucleari sulla Terra, i lampi di raggi gamma sono stati al centro di numerose missioni satellitari, tra cui la più di recente della NASA, il telescopio spaziale FERMI, lanciato nel 2008, e il satellite Swift della NASA, lanciato nel 2004.
Dopo numerose osservazioni, gli astronomi sono stati in grado di creare dei modelli di come il crollo di una stella di grande massa in rapida rotazione, sia in grado di accelerare la materia quasi la velocità della luce e collimare in due lungo l'asse di rotazione. Essi hanno anche studiato come queste particelle generano raggi gamma e altre emissioni.
I due candidati principali per l'alimentazione di questi lampi di lunga durata sono una magnetar e un buco nero, a volte indicati come un collapsar. In entrambi i casi, il materiale dalla stella cade verso l'interno e viene catapultato fuori dalla stella di neutroni o da un buco nero rotante. Ciò che distingue questi modelli è che i potenti scoppi delle magnetar non possono essere così potenti come quelli di un buco nero.
"Siamo in grado di misurare tutta la luce emessa, come raggi gamma e a volte come raggi X, le emissioni in ottico e via radio, ma non forniscono una stima molto buona, perché emettono in GRB getti molto stretti.
Studi precedenti hanno mostrato che la luce misurata nel bagliore inizia a scendere ripidamente a un certo punto, e quanto prima della discesa, chiamata una pausa a getto, il getto diventa stretto. In genere, il lampo di raggi gamma dura da pochi secondi a più di 100 secondi, ma il bagliore residuo, prodotto quando i getti interagiscono con i gas e le polveri che circondano la stella, emetteno luce visibile per un paio di settimane e onde radio per diversi mesi.
Mentre Swift ha osservato centinaia di lampi negli ultimi cinque anni, gli strumenti a bordo del satellite hanno rilevato che gli scoppi per lo più di medie dimensioni non sono altamente collimati e hanno una interruzione del getto che va da molti giorni a qualche settimana dopo l'esplosione.
Il FERMI Large Area Telescope, tuttavia, è sensibile agli scoppi luminosi e alle interruzioni del getto, rendendo le osservazioni più facili con Swift nei raggi X e per i telescopi ultravioletti-ottico e il Very Large Array, un radio telescopio gestito da NRAO.
FERMI ha tuttavia rilevato solo alcune raffiche estremamente luminose, quattro nel 2009. Il team di Cenko è stato in grado di osservare ai raggi X e nelle emissioni radio questi quattro eventi, scoprendo la pause del getto e ha utilizzato queste informazioni con la distanza della stella e del suo redshift, per stimare la produzione totale di energia.
Se l'energia da questi lampi luminosi fosse stata emessa in tutte le direzioni, sarebbe equivalente alla massa del Sole che si trasforma istantaneamente in energia pura. Poiché il lampo di raggi gamma si è concentrato in un cono ampio solo pochi gradi, tuttavia, le cui energie per tutte e quattro le esplosioni erano circa 100-1.000 volte inferiori.
I modelli teorici di come questi getti vengano prodotti ha posto un limite alla quantità di energia che può generare una magnetar in uno di questi scoppi esplosivi: circa 100 volte meno se convertissero interamente il Sole in energia. Molti di questi lampi luminosi superano tale limite.
"Il modello di magnetar è in guai seri per eventi così incredibilmente potenti", ha osservato il coautore Alex Filippenko, UC Berkeley, professore di astronomia. "Anche se il limite di energia di una magnetar non è strettamente violato, siamo ai limiti".
"In futuro, cercheremo di effettuare misurazioni più precise e di essere alla ricerca di ulteriori eventi per escludere un modello di stella di neutroni", ha detto Cenko.
Il lavoro di Cenko e Filippenko è supportato da Gary e Cynthia Bengier, la Richard e Rhoda Goldman Fund, la NASA e la National Science Foundation.
Adattamento a cura di Arthur McPaul
Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/11/101103135247.htm
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