Comunicato Stampa

Le più grandi esplosioni dell'Universo sono alimentate dai magneti più potenti

Alcuni dei lampi gamma di lunga durata sono causati dalle magnetar

08 Luglio 2015

Alcune osservazioni ottenute dagli Osservatori dell'ESO a La Silla e in Paranal in Cile hanno dimostrato per la prima volta un legame tra un lampo di luce gamma di durata molto lunga e un'esplosione di supernova eccezionalmente brillante. I risultati mostrano che la supernova non è stata causata da decadimento radioattivo, come previsto, ma dal decadimento di un campo magnetico estremo intorno a un oggetto esotico noto come magnetar. I risultati saranno pubblicati dalla rivista Nature il 9 luglio 2015.

I lampi di luce gamma (o Gamma-ray burst: GRB, in inglese) sono una delle conseguenze delle più grandi esplosioni che abbiano avuto luogo nell'Universo dopo il Big Bang. Vengono individuati da telescopi orbitali sensibili a queste radiazioni di altissima energia, che non possono penetrare l'atmosfera terrestre, e successivamente osservati a lunghezze d'onda maggiori da altri telescopi sia dallo spazio che da terra.

I GRB durano di solito pochi secondi, ma in alcuni rari casi l'emissione di raggi gamma continua per ore [1]. Uno di questi lampi di durata molto lunga è stato osservato dal satellite Swift il 9 dicembre del 2011 e denominato GRB 111209A. È stato uno dei più lunghi e più brillanti lampi di luce gamma mai osservato.

Prima che l'emissione residua di questo lampo si spegnesse, è stata studiata sia dallo strumento GROND montato sul telescopio da 2,2 metri dell'MPG/ESO a La Silla che dallo strumento X-shooter installato sul VLT (Very Large Telescope) al Paranal. Il marchio di una supernova, più tardi chiamata SN 2011kl, era evidente. Questa è la prima volta in cui viene trovata una supernova associata con un GRB molto lungo [2].

L'autore principale del nuovo articolo, Jochen Greiner del Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germania, spiega: "Poichè un lampo di luce gamma di durata molto lunga viene prodotto solo una volta ogni 10 000 - 100 000 supernove, questa stella esplosa dev'essere stata in qualche modo speciale. Gli astronomi hanno ipotizzato che questi GRB provengano da stelle molto massicce - circa 50 volte la massa del Sole - e che indichino la formazione di un buco nero. Ma ora l'osservazione della supernova SN 2011kl, trovata dopo il GRB 111209A, sta cambiando il paradigma per i GRB di durata molto lunga."

Nello scenario di un collasso stellare massiccio (a volte chiamato collapsar) l'emissione della supernova in ottico/infrarosso, di circa una settimana, dovrebbe essere dovuta al decadimento del nickel-56 radioattivo che si forma nell'esplosione [3]. Ma nel caso di GRB 111209A le osservazioni combinate di GROND e VLT hanno mostrato per la prima volta senza ambiguità che questa non poteva essere la spiegazione giusta [4]. Anche altre ipotesi sono state scartate [5].

L'unica spiegazione in accordo con le osservazioni della supernova che ha seguito il lampo gamma GRB 111209A era che fosse stata alimentata da una magnetar - una piccolissima stella di neutroni che ruota a centinaia di volte al secondo e possiede un campo magnetico molto più forte delle normali stelle di neutroni, quelle note come pulsar radio [6]. Si pensa che le magnetar siano gli oggetti con il più forte campo magnetico nell'Universo. Questa è la prima volta in cui una connessione senza ambiguità e stata possibile tra una supernova e una magnetar.

Paolo Mazzali, coautore del lavoro, riflette sul significato di questa scoperta: "I nuovi risultati forniscono buona evidenza di una relazione inaspettata tra i GRB, le supernove molto brillanti e le magnetar. Si sospettava da qualche anno, su basi teoriche, che alcune di queste connessioni fossero presenti, ma poter collegare tutto insieme è uno sviluppo esaltante."

"Il caso di SN20122kl/GRB111209A ci impone di considerare uno scenario alternativo alle collapsar. Questa scoperta ci porta più vicini a una nuova e più chiara idea di come funzioni un GRB", conclude Jochen Greiner.

Note

[1] I GRB di lunga durata "normali" durano tra i 2 e i 2000 secondi. Si conoscono quattro lampi di luce gamma per cui è stata misurata una durata tra i 10 000 e i 25 000 secondi: questi sono i GRB di durata molto lunga. Una classe distinta di GRB di durata molto più breve è probabilmente alimentata da un meccanismo diverso.

[2] Il legame tra le supernove e i lampi di luce gamma di lunga durata normali è stato stabilito nel 1998, soprattutto grazie a osservazioni compiute agli osservatori dell'ESO della supernova SN 1998bw, e confermato nel 2003 con il GRB 030329.

[3] Si pensa che il lampo di luce gamma sia alimentato dai getti relativistici prodotti dalla materia che compone la stella mentre collassa sull'oggetto compatto centrale, tramite un disco di accrescimento caldo e denso.

[4] La quantità di nickel-56 misurata nella supernova con lo strumento GROND è troppo grande per essere consistente con l'emissione ultravioletta vista dallo strumento X-shooter.

[5] Altre fonti di energia suggerite come spiegazione delle supernove molto luminose sono l'interazione per mezzo di onde d'urto con la materia che circonda la stella - anche quella espulsa dalla stella stessa prima dell'esplosione - o una stella supergigante blu come progenitore. Nel caso di SN 2011kl le osservazioni escludono chiaramente entrambe le ipotesi.

[6] Le pulsar rappresentano la classe piu diffusa di stelle di neutroni osservabili, ma si pensa che le magnetar abbiano sviluppato campi magnetici tra le 100 e 1000 volte più intensi di quelli osservati nelle pulsar.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato nell'articolo intitolato: “A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst”, di J. Greiner et al., che verrà pubblicato dalla rivista Nature il 9 luglio 2015.

L'equipe è composta da Jochen Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germania [MPE]; Excellence Cluster Universe, Technische Universität München, Garching, Germania), Paolo A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Inghilterra; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germania [MPA]), D. Alexander Kann (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germania), Thomas Krühler (ESO, Santiago, Cile) , Elena Pian (INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, Bologna, Italia; Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), Simon Prentice (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Inghilterra), Felipe Olivares E. (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Cile), Andrea Rossi (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germania; INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, Bologna, Italia), Sylvio Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germania) , Stefan Taubenberger (MPA; ESO, Garching, Germania), Fabian Knust (MPE), Paulo M.J. Afonso (American River College, Sacramento, California, USA), Chris Ashall (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Inghilterra), Jan Bolmer (MPE; Technische Universität München, Garching, Germania), Corentin Delvaux (MPE), Roland Diehl (MPE), Jonathan Elliott (MPE; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Robert Filgas (Institute of Experimental and Applied Physics, Czech Technical University in Prague, Prague, Repubblica Ceca), Johan P.U. Fynbo (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Danimarca), John F. Graham (MPE), Ana Nicuesa Guelbenzu (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germania), Shiho Kobayashi (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Inghilterra), Giorgos Leloudas (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Danimarca; Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israele), Sandra Savaglio (MPE; Università della Calabria, Italia), Patricia Schady (MPE), Sebastian Schmidl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germania), Tassilo Schweyer (MPE; Technische Universität München, Garching, Germania), Vladimir Sudilovsky (MPE; Harvard-Smithonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mohit Tanga (MPE), Adria C. Updike (Roger Williams University, Bristol, Rhode Island, USA), Hendrik van Eerten (MPE) e Karla Varela (MPE).

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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Contatti

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1527.