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I lampi di raggi gamma ravvicinati accendono nuovi misteri

I lampi di raggi gamma ravvicinati accendono nuovi misteri
Redazione
/ idw / Comunicato stampa DESY
astronews.com
4. giugno 2021

Utilizzando gli speciali telescopi dell’Osservatorio HESS in Namibia, la radiazione più energetica fino ad oggi è stata registrata da un lampo gamma e il successivo flare più lungo è stato seguito nella regione della radiazione gamma. Tuttavia, le osservazioni pongono nuovi misteri al team, poiché sembrano in conflitto con una teoria precedentemente favorita su questi eventi.


Rappresentazione artistica di fotoni gamma ad alta energia da un lampo di raggi gamma (in alto a destra), che spara acquazzoni nell’atmosfera terrestre, che a loro volta sono stati registrati con i telescopi HESS.

immagine: DESY, Laboratorio di Comunicazione della Scienza [Groansicht]

È probabile che le esplosioni più luminose nell’universo siano acceleratori di particelle più potenti del previsto: ciò è dimostrato da osservazioni insolitamente dettagliate di un tale lampo di raggi gamma cosmici. Attraverso gli speciali telescopi dell’Osservatorio HESS in Namibia, un team di ricerca internazionale ha registrato la radiazione più energetica del lampo gamma fino ad oggi e ha tracciato le aurore più lunghe nella regione delle radiazioni gamma. La valutazione dei dati indica che i raggi X ei raggi gamma di questi massicci starburst hanno la stessa causa e non sono, come precedentemente ipotizzato, causati da processi separati.

“I lampi di raggi gamma sono lampi luminosi di raggi X e raggi gamma nel cielo che provengono da fonti esterne alla nostra galassia”, spiega la ricercatrice di DESY Sylvia Zhou, uno degli autori dello studio ora presentato. “Sono le più grandi esplosioni nell’universo e sono associate al collasso di una stella massiccia e in rapida rotazione in un buco nero”.

Una parte dell’energia gravitazionale rilasciata guida un’onda d’urto molto veloce e ultrarelativistica. In esso vengono accelerate particelle subatomiche come gli elettroni, che a loro volta possono generare radiazioni gamma. I lampi di raggi gamma (in breve GRB) sono divisi in due fasi: una fase di burst breve e caotica della durata di poche decine di secondi e una fase successiva lunga e lentamente sbiadita. I due satelliti sono stati registrati il ​​29 agosto 2019 Fermi E il Swift La NASA ha rilasciato un lampo di raggi gamma nella costellazione meridionale di Eridanos. L’evento è indicizzato per data come GRB 190829A. A una distanza di circa un miliardo di anni luce, si è rivelato essere uno dei lampi di raggi gamma più vicini osservati fino ad oggi. Per fare un confronto: un tipico lampo di raggi gamma dista circa 20 miliardi di anni luce.


“Abbiamo davvero visto l’esplosione di raggi gamma dalla prima fila”, dice il ricercatore DESY Andrew Taylor. Il team ha registrato le successive aurore non appena sono entrate nel campo visivo del telescopio HESS. “Siamo stati in grado di guardare Twilight per giorni e con un’energia senza precedenti”, afferma Taylor. La distanza relativamente breve del lampo di raggi gamma ha consentito misurazioni dettagliate dello spettro ad alta energia del suo bagliore residuo, cioè il “colore” o la distribuzione dell’energia dei raggi X e dei fotoni gamma.

“Siamo stati in grado di misurare lo spettro di GRB 190829A fino a un’energia di 3,3 TeV, che è circa un trilione di volte più energia della luce visibile”, afferma Edna Ruiz-Velasco del Max Planck Institute for Nuclear Physics di Heidelberg. . “Questo è ciò che rende questo lampo di raggi gamma così straordinario: si è verificato nelle nostre immediate vicinanze cosmiche, in modo tale che i suoi fotoni ad alta energia non sono stati assorbiti dalle collisioni con la luce di fondo, come fanno su lunghe distanze nell’universo”.

Quando si usano energie molto alte, questo processo fa scurire ulteriormente l’universo a grandi distanze. HESS ha seguito il bagliore residuo del lampo gamma fino al terzo giorno dopo l’esplosione originale. “Le nostre osservazioni rivelano una sorprendente somiglianza tra la componente dei raggi X e la radiazione gamma ad altissima energia nel bagliore”, riferisce Chu.

Ciò è sorprendente, perché la teoria generalmente accettata presuppone che queste due componenti della radiazione debbano essere prodotte da meccanismi diversi: la radiazione dei raggi X proviene quindi da elettroni fortemente accelerati deviati da forti campi magnetici vicino all’esplosione. Utilizzando questo “processo di sincrotrone”, gli acceleratori di particelle sulla Terra producono anche intensi raggi X per le indagini scientifiche.

Tuttavia, secondo le teorie attuali, un processo di sincrotrone è inizialmente fuori questione per produrre radiazioni gamma ad alta energia. La colpa è del cosiddetto limite di combustione, che è determinato dal rapporto tra l’accelerazione e il raffreddamento delle particelle nell’acceleratore. La produzione di radiazioni gamma richiede elettroni con energie molto superiori al limite di combustione, che anche le più potenti esplosioni nello spazio non possono produrre.

Invece, la teoria presuppone che gli elettroni veloci entrino in collisione con i fotoni di sincrotrone già ad alta energia e nel processo li elevino a energie gamma. Questo complesso processo è chiamato Synchrotron Self Compton (SSC). Tuttavia, le osservazioni post-aurora di GRB 190829A mostrano che entrambi i componenti, ovvero raggi X e raggi gamma, sono sbiaditi contemporaneamente. Inoltre, lo spettro dei raggi gamma si allinea bene con l’estensione dello spettro dei raggi X. Prese insieme, queste proprietà sono una forte indicazione che entrambi i componenti della radiazione sono stati generati dallo stesso processo.

“Non ci aspetteremmo di osservare proprietà spettrali e temporali così notevolmente simili delle radiazioni a raggi X e delle radiazioni gamma ad altissima energia se questi componenti radioattivi avessero origini separate”, spiega Dmitriy Kangolian della Rikkyu University di Tokyo. Ciò mette in discussione il processo SSC come origine della radiazione gamma.

Se la teoria dei lampi di raggi gamma debba essere modificata può essere chiarita solo da ulteriori osservazioni della componente ad altissima energia della successiva aurora. Tuttavia, GRB 190829A è il quarto lampo di raggi gamma che può essere rilevato a queste alte energie. Tuttavia, i lampi di raggi gamma rilevati in precedenza provenivano da una distanza molto maggiore e le loro successive aurore possono essere osservate solo per poche ore e non a energie superiori a un teraelettronvolt (TeV).

“La prossima generazione di macchine come questa هذا Set di telescopi Cherenkov, che è attualmente in costruzione nelle Ande cilene e nell’isola canaria di La Palma, ha prospettive molto promettenti per il monitoraggio regolare dei lampi di raggi gamma”, afferma il portavoce di HESS Stefan Wagner dell’Osservatorio statale di Heidelberg. Lampi di raggi gamma nell’universo, queste registrazioni regolari di volumi ad alta energia dovrebbero aiutare notevolmente a comprendere meglio la fisica di queste massicce esplosioni cosmiche”.

HESS è un sistema di cinque cosiddetti telescopi di imaging Cherenkov per studiare i raggi gamma cosmici. Il nome sta per Sistema stereoscopico ad alta potenza (sistema stereoscopico di monitoraggio delle radiazioni ad alta energia) Onora anche lo scopritore dei raggi cosmici, Victor Franz Hess, che nel 1936 ricevette il Premio Nobel per la Fisica per il suo lavoro. HESS si trova in Namibia, nella regione di Gamsberg, famosa per le sue eccellenti condizioni di osservazione. Quattro dei cinque telescopi di HESS sono diventati operativi nel 2003 e il quinto telescopio più grande è operativo dal luglio 2012.

Il team scrive delle loro osservazioni in un articolo specializzato ora sulla rivista Scienza È apparso.

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