Le esplosioni più potenti dell’universo: gamma ray burst

La vita delle stelle, come quella di tutto l’Universo, non è eterna. Prima o poi arriva un momento della loro lunga esistenza nella quale, ormai vecchia e indebolita, la stella perde l’energia che la tiene in vita e si avvia verso una lunga e mostruosa fine.

Ma la fine non è uguale per tutte le stelle.
Alcune emettono un “gran grido di dolore”: i gamma ray burst. Lampi gamma.

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Fermo un attimo – mi interrompe il mio amico cane (siamo telepatici) – spiegami prima cosa sono questi lampi gamma.

I lampi gamma o raggi gamma – rispondo – possiamo definirli come il decadimento dei nuclei atomici ovvero quei processi di trasformazione nucleari o subatomici con la emissione di fotoni ad alta energia. Il processo continua più o meno velocemente nel tempo fintantoché gli elementi via via prodotti, che possono essere a loro volta radioattivi, non raggiungono una condizione di stabilità.

E cosa c’entrano i lampi gamma con le stelle? – mi domanda il mio cane

Se stai calmino che te lo spiego.
Forse la più spettacolare scoperta nell’astronomia dei raggi gamma fu fatta fra la fine degli anni sessanta e l’inizio degli anni settanta del secolo scorso da una serie di satelliti di difesa americani messi in orbita per scopi completamente differenti.
I rivelatori a bordo dei satelliti, costruiti per rivelare flash di raggi gamma dalle esplosioni delle bombe nucleari, cominciarono a registrare intense emissioni di lampi gamma provenienti non dalla superficie della Terra, ma dallo spazio profondo.

Per decenni, non si è saputo quasi nulla sui gamma-ray burst: nè erano conosciute le origini e la distribuzione, spaziale e statistica. I lampi di raggi gamma mostravano anche una varietà di comportamento: potevano durare da una frazione di secondo a diversi minuti.
Presentavano una grande varietà di spettri, che non assomigliavano a nulla di quanto allora conosciuto.

A causa dei limiti imposti dalle osservazioni dirette e dalla scarsità delle informazioni sono state ipotizzate molte teorie. Praticamente tutte quelle conosciute: evaporazione dei buchi neri, brillamenti magnetici su nane bianche, accrescimento di stelle di neutroni, accrescimento di antimateria, tipi esotici di supernove, dissipazione della energia di rotazione di un buco nero supermassiccio.
Da allora la situazione è molto più chiara.

Me la stai portando troppo alla lunga caro padrone – mi interrompe ancora una volta il mio impaziente ma interessato cane – dimmi esattamente come stano le cose.

Non è questione di lungaggine. Il fatto è che malgrado i progressi nelle osservazioni e i rilevamenti strumentali il fenomeno non è ancora sufficientemente chiaro.

Studiati da oltre 25 anni i gamma ray burst sembra che avvengono a enorme distanza dalla Terra, verso i confini dell’Universo osservabile e distribuiti in modo uniforme in tutto l’Universo. Risultano essere le esplosioni più potenti dell’intero universo, sono le più energetiche esplosioni che si verificano nel cosmo a partire dal Big Bang.
Durano da frazioni di secondo a qualche minuto.
Sono così luminosi da poter essere visti anche a distanze pari a metà dell’universo visibile, e pur durando di solito solo pochi secondi, durante quel breve lasso di tempo possono oscurare, nello spettro dei raggi X e gamma, tutto il resto dell’universo.

I raggi cosmici (particelle elettricamente cariche come i protoni) investono anche la Terra da tutte le direzioni, con energie fino a cento milioni di volte superiori a quelle create dall’uomo negli acceleratori.

Bestiale – afferma il mio fedele animale – ma come mai questa differenza di tempo nella esplosione da qualche frazione di secondo fino ad alcuni minuti?

Ecco, il mistero dei lampi gamma è tutto qui.
È abbastanza sicuro che ci sono almeno due tipologie differenti di progenitori (o cause) dei gamma-ray burst.
Una responsabile delle emissioni di lunga durata e spettro molle (GRB lunghi) e una responsabile delle emissioni di corta durata e spettro duro (GRB corti). Si teorizza che progenitori dei GRB lunghi siano dovuti al collasso dei nuclei di stelle massicce, a bassa metallicità; i progenitori dei GRB corti non sono ancora stati identificati, ma il modello che desta migliori speranze li vede frutto della fusione di due stelle di neutroni o buchi neri.

Cosa intendi per progenitori? –mi domanda Bleff

Si intendono quelle caratteristiche che devono avere le stelle per dare luogo alle esplosioni di lunga durata e a quelle di breve durata.

Si crede che alcune stelle, le collapsar, siano la causa dei gamma ray burst (lampi gamma) lunghi (con durata superiore ai 2 secondi).
Una collapsar è una stella in rapida rotazione attorno al proprio asse avente un nucleo di massa superiore alle 30 masse solari.
Deve avere una bassa metallicità: deve aver perduto gran parte dell’involucro esterno di idrogeno perché i getti possano raggiungere la superficie.
Collassando, essa può generare un buco nero in rotazione, che attira la materia interstellare circostante accelerandola a velocità tali da include questi oggetti tra i più veloci conosciuti. Le collapsar sono anche considerate delle supernovae di tipo Ib “fallite.

Gamma_ray_burstPer essere più chiaro ti spiego il meccanismo.
Quando una stella massiccia giunge alla sintesi del ferro, il processo di fusione nucleare assorbe più energia di quanta possa liberarne e non è più in grado, quindi, di arrestare la contrazione della stella sotto l’azione del proprio peso. Nel caso la massa del nucleo superi un valore critico (2 o 3 masse solari), la contrazione conduce alla formazione di un buco nero.
La materia della stella che non ha partecipato alla formazione del buco nero, continua a precipitare attratta da esso e (nel caso che la stella progenitrice avesse posseduto una grande velocità di rotazione) inizia a ruotargli attorno turbinosamente andando a costituire un disco di accrescimento di elevata densità.

Quando il materiale del disco cade nel buco nero si originano due getti lungo l’asse di rotazione (direzione di densità minore), verso i poli della stella ad una velocità prossima a quella della luce, originando un’onda d’urto.
Se la stella non è avvolta da una spessa nuvola di idrogeno diffuso, questo materiale erutta dalla superficie stellare. Il fronte d’onda accelera al decrescere della densità della materia stellare e, quando raggiunge la superficie, ha raggiunto una velocità pari a 0.9999 volte la velocità della luce. Una volta raggiunta la superficie, l’onda d’urto erompe nello spazio, dove la maggior parte della sua energia è rilasciata emettendo un breve “urlo di agonia”, nella forma di un lampo di raggi X o raggi gamma (GRB-Gamma Ray Burst).

I GRB lunghi emettono un’energia pari alla energia che emetterebbe il nostro Sole in 100 miliardi di anni.

Allora qual è la differenza tra i gamma ray burst e le supernove? – mi chiede Bleff.

Caspita, che bella osservazione, amico.
I gamma-ray burst sono ben più rari delle supernove con collasso del nucleo, per le quali è richiesto (come generalmente assunto) solo che la stella abbia sufficiente massa da raggiungere la fase di sintesi del ferro. Tuttavia sono necessarie ulteriori ricerche per affinare la teoria presentata ed identificare i valori limite della massa, velocità di rotazione e metallicità della stella progenitrice.

Se una stella collapsar dovesse esplodere nella nostra galassia cosa succederebbe alla Terra – mi domanda il mio cane con un po di preoccupazione.

Non te lo saprei dire. Ma nella malaugurata ipotesi che ciò dovesse avvenire tutto dipende dalla direzione del materiale espulso. Se stiamo su quella direzione, allora sono guai. Seri.

Perché voi umani vi affannate a dare tanta importanza a questi oggetti semi sconosciuti?

Perché gli uomini non hanno la testa nascosta sotto la sabbia, caro amico. La studio dell’universo e come scoprire le nostre origini.
Le stelle al momento della morte, grazie all’esplosione che ne determina la fine, fecondano l’Universo di elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, indispensabili alla formazione dei pianeti e della vita.

Contento?


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Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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11 risposte a Le esplosioni più potenti dell’universo: gamma ray burst

  1. gabriarte ha detto:

    anche la terra può collassare come una stella? mi ha colpito quando all’inizio dici :”prima o poi arriva il momento della loro lunga esistenza “Il tuo mi è sembrato un grido di dolore che è durato un’attimo per poi dar vita alla speranza. , é un piacere leggerti Buona serata

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    • bruce ha detto:

      Tranquilla gabri, la Terra non può esplodere, esplodono solo le stelle. L’unica cosa che possiamo temere è la esplosione del Sole, ma questo astro è ancora un giovincello, si pensa che esploderà fra 5 miliardi di anni. Forse dobbiamo temere solo le azioni dell’uomo.
      Bruce

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  2. Rebecca ha detto:

    Buongiorno… allora secondo la scienza la terra e nata da un Big Bang… allora tutta la vita e nata per caso… e chi sa quanti pianeti simili al nostro con una evoluzione simile alla nostra sono li fuori nel infinito del sapzio…

    Una domanda… si come l’universo e un luogo scuro e freddo.. una esplosione tale come questi sono visibile, nel senso che possano illuminare il spazio???

    Tu come sai io credo nella creazione, ma nonostante trovo affascinante come tu descrivi l’evoluzione del universo…

    Ma tu pensi che anche un giorno l’universo scompare???

    Abbi una serena giornata tvb Pif

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    • bruce ha detto:

      Ciao Pif, sembra proprio che tutto il cosmo come lo conosciamo oggi è nato da questa esplosione primordiale. Poi si è formato tutto l’universo, compresa la Terra e successivamente l’uomo forse in modo del tutto occasionale per circostanze favorevoli.
      Ovviamente vengono meno certe certezze religiose, ma io credo che i credenti possono stare tranquilli. Possono continuare a credere in un Creatore, diverso da quello che conosciamo, pur con una nuova “coscienza”. Dovendo prendere atto della realtà.

      Per quanto riguarda le esplosioni delle stelle massiccie generatrici dei lampi gamma, questo è quanto ho scritto:
      “Sono così luminosi da poter essere visti anche a distanze pari a metà dell’universo visibile, e pur durando di solito solo pochi secondi, durante quel breve lasso di tempo possono oscurare, nello spettro dei raggi X e gamma, tutto il resto dell’universo.”
      Puoi capire quanto poco tranquillo è l’universo, ma quanto esso sia mutevole e generatrice di altri mondi.

      L’universo scomparirà.
      Per lo stesso principio che “a tutto c’è un inizio ed una fine”.
      Scriverò a breve un post sulla fine dell’Universo e sulla fine della materia che sono due cose che vanno lette separatamente, in quanto come universo intendiamo l’insieme di galassie, stelle, pianeti, mentre per materia intendiamo gli atomi e tutti gli elementi che lo compongono.
      Ciao

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      • Rebecca ha detto:

        Scusa ora mi domano… e possibile che siano tanti universi.. come sono le galassie.. fino ora sappiamo solo che esiste l’universo.. un paio di anni fa non si sapeva nemmeno che ci sono galassie …

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        • bruce ha detto:

          Non proprio un paio di anni fa.
          Già da qualche secolo sappiamo che la terra non è piatta, poi abbiamo scoperto che la terra non è al centro dell’universo come ci ha fatto credere la religione. Poi abbiamo scoperto che l’universo ha avuto un inizio. Sappiamo che la creazione della Terra è avvenuta solo dopo qualche milione di anni dal big bang. Ed infine sappiamo che la vita sulla terra è avvenuta molto, molto, molto lentamente e non di colpo come afferma la Bibbia. Sappiamo che l’uomo è una evoluzione della materia, degli animali, in particolar modo delle scimmie e non discendenti diretti di una coppia “maledetta” da Dio.
          Dobbiamo farcene una ragione.

          Anche la religione ufficiale si è dissociata dalla “creazione” biblica, con reticenza, ma lo ha fatto, tranne i religiosi credenti che sono rimasti ancora “al palo”.
          E sinceramente non se ne capisce il motivo, se per poca cultura scientifica o per una inspiegabile “fede”.

          Allo stato attuale non conosciamo quale sarà la fine dell’universo, non sappiamo se esistono altri universi. Perchè stiamo ancora agli albori della scienza. Ma ogni giorni è un passo avanti nella conoscenza delle nostre origini e sul nostro futuro. E per nostro intendo di tutto l’universo.
          Bruce

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          • Rebecca ha detto:

            Caro io come credente nella creazione, rifletto tanto su tutte le cose, per ciò a volte ho anche io mie dubbi al riguardo della Bibbia, nel senso se questo libro e veramente ispirato da un Creatore.. io come manituista ovviamente vedo il Creatore attraverso la natura attraverso la grandezza del universo… mi rende serena il pensiero che tutto questo e stato creato da qualcuno che aveva un enorme progetto in mente.. e questa arte di creazione e ispirata con amore.. la Bibbia non e inutile, ma ha capitoli violenti che non hanno nulla con il amore d’affare…
            la mia più grande dellusione sarebbe a capire un giorno che Dio e stato una invenzione da un filosofo della antica…
            so che ti rompo l’anima con le mie riflessioni non scentifiche… ma dentro di me qualcosa mi dice che tutto questo non e nato per caso.. per esempio la costelazione delle stelle e quasi come una matematica.. tutto e in ordine..
            non può suceddere per caso… ti spiego una cosa, se io prendo una bambola una barbie, lo smonto in tutti i pezzi poi lo metto in un secchio metto un coperichi sopra.. poi lo sbatto sbatto e sbatto, dimmi quanto tempo ci vuole che tutti questi pezzi si riuniscano ancora???
            Può capitare che la barbie diventa come prima?? O devo io mettere le cose a posto???
            E cosi vedo anche io la creazione non posso credere che tutto questo e sucesso per causa di un big bang…
            Mi sono spiegata????

            ora dimmi la tua 😉

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  3. bruce ha detto:

    Caro marghian inserisco anche qui il mio commento rialsciato sul tuo blog in merito alla tua sottostante frase, a beneficio anche per altri.

    “Dio invece e’ (o sarebbe) all’origine di tutto, non solo dell’uomo. Dio risulterebbe essere la “causa prima” di tutto quanto esiste.”

    Faccio un piccolo approfondimento su questo tuo concetto. E vado anche oltre.
    Se partiamo dal presupposto che ci deve essere un “creatore” ad ogni cosa, (per esempio l’uomo creato dagli extraterresti, di conseguenza ci domandiamo chi ha creato gli extraterrestri), se tutto questo lo attribuiamo ad una divinità, allora viene “logico” domandarci “chi ha creato questa divinità”.
    E poi se tutto ha una origine è logico domandarsi ancora chi ha creato la divinità che ha creato la divinità della divinità.
    Insomma entriamo in un loop dal quale non ne usciamo più.

    L’errore di fondo dei “credenti” è pensare che il Creatore si è creato da solo. Allora seguendo questo stesso ragionamento è altrettanto giusto pensare che l’universo si è creato da solo.
    Se poi vogliamo credere che il creatore è sempre esistito, allora possimo pensare che anche la “materia” è sempre esistita e si trasforma di universo in universo.
    Conclusione (la mia): il creatore di ogni cosa è “la materia stessa”.

    Bruce

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  4. bruce ha detto:

    “ … ti spiego una cosa, se io prendo una bambola una barbie, lo smonto in tutti i pezzi poi lo metto in un secchio metto un coperichi sopra.. poi lo sbatto sbatto e sbatto, dimmi quanto tempo ci vuole che tutti questi pezzi si riuniscano ancora??? … “ Può capitare che la barbie diventa come prima?? O devo io mettere le cose a posto???”

    Carissima Pif, hai tutta la mia simpatia per la tua “purezza d’animo”.
    Per dare risposta alla tua domanda dovrei farti un corso accelerato di chimica organica e di chimica inorganica, per poi spiegarti la differenza e poi ancora un altrettanto corso accelerato di biochimica.
    Posso dirti che non si può. E’ un fatto puramente di chimica inorganica, biologia e fisica.
    Credimi (non sto a chiederti la fiducia come la religione) sulla base delle conoscenze di tutti i campi della scienza.

    Ma ora ti rigiro la domanda. Lo può fare Dio? E’ mai successo?
    Ciao cara

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  5. Matteo ha detto:

    Ciao! 🙂 Sapresti dirmi la “gittata” di questi lampi? Ossia, quanto spazio percorrono prima di disperdere tutta la loro energia? Grazie, saluti da brescia!

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    • bruce ha detto:

      Ti rispondo con una osservazione.
      Il lampo gamma più lontano finora osservato, denominato GRB 090423, è avvenuto ad una distanza di oltre 13 miliardi di anni luce dalla Terra.
      I raggi gamma possono durare da pochi millisecondi a diverse decine di minuti.
      Lo spazio viene calcolato con le normali regole della meccanica classica, s=vt. Dove per v va inteso la velocità della luce e t è la durata della emissione.

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