Comunicato Stampa

Scende la Luce sugli Gamma Ray Burst Oscuri

16 Dicembre 2010

I lampi di raggi gamma sono tra gli eventi più energetici dell'Universo, ma alcuni sembrano stranamente deboli se osservati nella banda del visibile. Il più grande studio effettuato fino ad oggi di questi lampi di raggi gamma “oscuri” ha scoperto, usando lo strumento GROND installato al telescopio MPG di 2,2 metri dell'ESO a La Silla in Cile, che la scarsa visibilità di queste gigantesche esplosioni non ha niente di “esotico”. La loro debolezza è dovuta a una combinazione di cause, la più importante delle quali è la presenza di polvere cosmica tra la Terra e il sito dell'esplosione.

I lampi di raggi gamma (GRB), eventi fugaci che durano da meno di un secondo a diversi minuti,  sono rivelati da osservatori in orbita che possono raccogliere la loro radiazione di alta energia. Tredici anni fa, tuttavia, gli astronomi scoprirono un’emissione di radiazione ad energie più basse e di più lunga durata proveniente da queste violente esplosioni. Tale emissione può durare per settimane o anche anni dopo l'esplosione iniziale: viene chiamata afterglow dagli Astronomi.

Mentre tutti i lampi di raggi gamma [1] hanno afterglow che emettono raggi X, solo la metà di essi è stata osservata irradiare luce visibile, mentre la frazione rimanente è ancora misteriosamente oscura. Alcuni astronomi sospettavano che questi afterglow oscuri potessero essere esempi di una nuova classe di lampi di raggi gamma, mentre altri ritenevano si trovassero a distanze molto grandi. Studi precedenti avevano suggerito anche che la polvere cosmica interposta tra la sorgente e noi oscurasse l’esplosione e questo spiega perché questi eventi siano così fiochi.

"Studiare gli afterglow è di vitale importanza per migliorare la nostra comprensione degli oggetti che producono lampi di raggi gamma ma anche per quanto ci spiegano della formazione stellare nell'Universo primordiale", dice l'autore principale dello studio Jochen Greiner, dell’Istituto Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics di Garching, Germania.

La NASA ha lanciato il satellite Swift alla fine del 2004. Dalla sua orbita sopra l'atmosfera terrestre è in grado di rivelare i lampi di raggi gamma e comunicare immediatamente la loro posizione agli altri osservatori in modo che l'afterglow possa essere studiato. In questo nuovo studio, gli astronomi hanno combinato i dati di Swift con nuove osservazioni effettuate con GROND [2] - uno strumento dedicato all’osservazione degli afterglow dei gamma-ray burst, installato al telescopio MPG di 2,2 metri dell'ESO a La Silla in Cile. In tal modo, gli astronomi hanno definitivamente risolto l’enigma dell’afterglow ottico mancante.

Ciò che rende GROND veramente utile per lo studio degli afterglow è il tempo di risposta estremamente veloce - può osservare un’esplosione pochi minuti dopo la segnalazione proveniente da Swift grazie ad un sistema speciale chiamato Rapid Response Mode - e la sua capacità di osservare contemporaneamente in sette bande diverse, che vanno  dalla banda visibile a quella del vicino infrarosso [3].

Combinando i dati GROND ottenuti in queste sette bande alle osservazioni di Swift, gli astronomi sono stati in grado di determinare con precisione la quantità di luce emessa dall’afterglow a molte diverse lunghezze d'onda, dai raggi X al vicino infrarosso. Gli astronomi hanno utilizzato queste informazioni per misurare direttamente la quantità di polvere che luce assorbono la radiazione durante la sua rotta verso la Terra. In precedenza, gli astronomi avevano  potuto solo stimare approssimativamente la quantità di polvere.

Il team ha utilizzato una serie di dati, comprese le misurazioni proprietarie effettuate con GROND, oltre alle osservazioni fatte da altri telescopi di grandi dimensioni tra cui il Very Large Telescope dell’ESO, per stimare le distanze di quasi tutte le esplosioni tra quelle selezionate. Se  una percentuale significativa di esplosioni risulta più debole, circa il 60-80 per cento dell’intensità originale, a causa dell’oscuramento dovuto alla polvere, questo fenomeno è decisamente più significativo per le esplosioni molto distanti, per le quali solo il 30-50 per cento della luce originale raggiunge l'osservatore [4] . Gli astronomi concludono che i lampi di raggi gamma “oscuri” sono quindi semplicemente quelli avuto per cui  la piccola quantità di luce visibile emessa viene completamente assorbita dalla polvere cosmica prima che di raggiungerci.
"Rispetto a molti strumenti per installati sui grandi telescopi, GROND è uno strumento a basso costo e relativamente semplice, che però è stato in grado di risolvere definitivamente il mistero che circonda i lampi di raggi gamma “oscuri," dice Greiner.

Note

[1] I lampi di raggi gamma che durano più di due secondi sono indicati come “lunghi” e quelli con una durata inferiore sono chiamati “brevi”.  Quelli lunghi, che sono stati osservati in questo studio, sono associati con le esplosioni di supernova di stelle giovani massicce in galassie in cui  è presente un’intensa formazione stellare. Quelli brevi invece non sono  ancora ben spiegati, ma si pensa che provengano dalla fusione di due oggetti compatti come le stelle di neutroni.

[2] Il Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector (GROND) è stato progettato e realizzato presso il Max-Planck Institute Institute for Extraterrestrial Physics in collaborazione con l'Osservatorio di Tautenburg, ed è pienamente operativo dal mese di agosto 2007.

[3] Sono stati effettuati altri studi in materia di lampi di raggi gamma “oscuri”. All'inizio di quest'anno, gli astronomi hanno usato il telescopio Subaru per osservare un singolo lampo di raggi gamma,  derivandone l’iptotesi che i lampi di raggi gamma oscuri possano essere una distinta sotto-classe che si forma con un meccanismo diverso, come ad esempio la fusione di stelle binarie. In un altro lavoro pubblicato l'anno scorso, utilizzando dati del telescopio Keck gli astronomi hanno studiato le galassie ospiti di 14 GRB “oscuri”, e basandosi sul basso redshift derivato hanno dedotto che la polvere sia il meccanismo più realistico per oscurare i GRB brevi. Nel nuovo lavoro qui riportato, sono stati studiati 39 GRB, tra cui quasi 20 “oscuri”. Inoltre questo  è l'unico studio in cui nessuna ipotesi è stata fatta a priori e nel quale la quantità di polvere è stata misurata direttamente.

[4] Poiché l’afterglow  delle esplosioni molto distanti risulta spostato verso il rosso per effetto dell’espansione dell'universo, la luce che ha lasciato l'oggetto era originariamente più blu di quella che si registra quando arriva sulla Terra. Poiché l’effetto di riduzione dell'intensità della luce dovuto alla polvere è maggiore nella banda blu e ultravioletta che in quella rossa, questo significa che l'effetto di oscuramento globale dovuto alle polveri è maggiore per le esplosioni più distanti. Questo è il motivo per cui la capacità di GROND di osservare la radiazione anche nella banda del vicino infrarosso lo rende così sensibile.

Ulteriori Informazioni

L’ESO (European Southern Observatory) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l’osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 14 paesi: Austria, Belgio, Repubblica Ceca, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Olanda, Portogallo, Spagna, Svezia, Svizzera e Gran Bretagna. L’ESO mette in atto un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strutture astronomiche da terra che consentano agli astronomi di fare importanti scoperte scientifiche. L’ESO ha anche un ruolo preminente nel promuovere e organizzare cooperazione nella ricerca astronomica. L’ ESO gestisce tre siti unici di livello mondiale in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. A Paranal, l’ESO gestisce il Very Large Telescope, l’osservatorio astronomico nella banda visibile più d’avanguardia al mondo. L’ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L’ESO sta pianificando al momento un Telescopio Europeo Estremamente Grande ottico/vicino-infrarosso di 42 metri, l’E-ELT, che diventerà “il più grande occhio del mondo rivolto al cielo”.

Links

• Research paper in A&A
• GROND website:
• Photos of the La Silla

Contatti

Jochen Greiner
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 3847
E-mail: jcg@mpe.mpg.de

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1049.