Comunicato Stampa

Un'esplosione gigante sepolta nella polvere

ALMA sonda l'ambiente che circonda i lampi di luce gamma oscuri

11 Giugno 2014

Alcune osservazioni con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) hanno, per la prima volta, osservato direttamente la distribuzione del gas molecolare e della polvere nelle galassie che ospitano i lampi di luce gamma (Gamma-ray burst o GRB in inglese) - le più potenti esplosioni nell'Universo. Con grande sorpresa si osserva molto meno gas del previsto e, di conseguenza, molta più polvere, facendo sì che alcuni GRB appaiano "oscuri". Questo lavoro verrà pubblicato dalla rivista Nature il 12 giugno 2014: è il primo risultato scientifico di ALMA sui GRB e mostra il potenziale che ALMA offre per meglio comprendere questi oggetti.

I lampi di luce gamma (GRB dall'inglese Gamma-ray Burst) sono intense emissioni ad altissima energia osservate in galassie distanti - i fenomeni esplosivi più luminosi di tutto l'Universo. I lampi che durano più di due secondi sono detti "di lunga durata" (Long-duration gamma-ray bursts o LGRB) [1] e sono associati alle esplosioni di supernova - la potente detonazione che avviene al termine della vita di una stella massiccia.

In soli pochi secondi un tipico lampo gamma rilascia tanta energia quanta ne emette il Sole in tutta la sua vita di circa dieci miliardi di anni. L'esplosione viene spesso seguita da un'emissione che si spegne lentamente, nota come emissione residua (o"afterglow") che si pensa sia prodotta dalla collisione tra il materiale espulso e il gas circostante.

In alcuni casi, invece, il lampo gamma sembra stranamente non essere seguito da alcuna emissione residua - è quello che viene chiamato lampo oscuro. Una possibile spiegazione è che le nubi di polvere assorbano questa radiazione.

Negli ultimi anni gli scienziati hanno cercato di capire meglio il comportamento dei GRB studiandone le galassie ospiti. Gli astronomi si aspettavano che le stelle massicce progenitrici dei GRB si trovassero nelle zone di formazione stellare attive all'interno delle galassie, circondate quindi da grandi quantità di gas molecolare - il carburante della formazione stellare. In ogni caso, non essendoci dei risultati osservativi per giustificare la teoria, questo risultato rimaneva insipegato da molto tempo.

Per la prima volta un gruppo di astronomi giapponesi guidati da Bunyo Hatsukade dell'Osservatorio Astronomico Nazionale giapponese ha usato ALMA per rivelare l'emissione radio del gas molecolare in due galassie ospiti di LGRB: GRB 020819B e GRB 051022, a circa 4,3 e 6,9 miliardi di anni luce rispettivamente. Per quanto una tale emissione radio non si fosse mai vista da una galassia ospite di un GRB, ALMA l'ha reso possible con la sua sensibilità senza precedenti [2].

Kotaro Kohno, professore all'Università di Tokyo e membro dell'equipe di ricerca, ha dichiarato: "Abbiamo cercato il gas molecolare nelle galassie ospiti di GRB per più di dieci anni usando diversi telescopi in tutto il mondo. Come risultato del nostro duro lavoro abbiamo infine compiuto un notevole passo avanti sfruttando la potenza di ALMA. Siamo entusiasti di ciò che abbiamo ottenuto".

Un altro straordinario risultato reso possibile dall'alta risoluzione di ALMA è stato di scoprire la distribuzione del gas molecolare e della polvere nelle galassie che ospitano GRB. Le osservazioni di GRB 020819B hanno rivelato un ambiente molto ricco di polvere alla periferia della galassia, mentre il gas molecolare è stato trovato solo intorno al centro. È la prima volta che si vede una tale distribuzione tra le galassie ospiti di GRB [3].

"Non ci aspettavamo che i GRB potessero verificarsi in questi ambienti così pieni di polvere, cioè con un basso rapporto tra gas molecolare e polvere. Ciò indica che questo GRB è avvenuto in un ambiente molto diverso da una tipica regione di formazione stellare", aggiunge Hatsudake. Ciò suggerisce che le stelle massicce che muoiono come GRB hanno modificato la loro zona di formazione stellare prima di esplodere.

L'equipe di ricerca ritiene che una possible spiegazione per l'alta frazione di polvere rispetto al gas molecolare intorno ai GRB sia dovuta al fatto che reagiscono in modo differente alla radiazione ultravioletta. Poichè i legami tra gli atomi che compongono le molecole vengono rotti molto facilmente dalla radiazione UV,  il gas molecolare non sopravvive in una ambiente esposto alla forte radiazione UV prodotta dalle stelle calde e massicce nelle zone di formazione stellare, tra le quali anche quella che alla fine esploderà come GRB. Anche se una distribuzione simile si osserva in GRB 051022 ciò deve essere ancora confermato a causa della scarsa risoluzione (infatti la galassia ospite di GRB 051022 si trova molto più lontana di quella di GRB 020819B). In ogni caso le osservazioni di ALMA rafforzano l'ipotesi che la polvere assorba la radiazione residua, producendo i GRB oscuri.

"I risultati che questa volta abbiamo ottenuto erano ben oltre le nostre aspettative. Dobbiamo fare nuove osservazioni con altre galassie ospiti di GRB per vedere se questa è una condizione generale nei siti dei GRB. Non vediamo l'ora di continuare queste ricerche con le migliorate capacità di ALMA." conclude Hatsukade.

Note

[1] I lampi di luce gamma di lunga durata (LGRB), in cui l'esplosione dura più di due secondi, sono circa il 70% di tutti i GRB osservati. Gli sviluppi nell'ultima decina di anni hanno portato a identificare una nuova classe di GRB, con esplosioni più corte di due secondi: i GRB di breve durata, probabilmente dovuti alla fusione tra due stelle di neutroni e non assocciati a supernove o ipernove.

[2] La sensibilità di ALMA in questa osservazione era di circa cinque volte maggiore di altri telescopi simili. Le prime osservazioni scientifiche con ALMA sono iniziate con una schiera parziale di antenne nel 2011 (eso1137). Queste osservazioni sono state eseguite con una schiera di 24-27 antenne con separazioni fino a soli 125 metri. Il completamento dell'ultima delle 66 antenne (eso1342) è la promessa di ciò ALMA potrà rivelare nel prossimo futuro, quando le antenne potranno essere disposte in diverse configurazioni, con distanze massime tra le antenne che variano da 150 metri a 16 chilometri.

[3] Il rapporto tra la massa della polvere e quella del gas molecolare è di circa l'1% nel mezzo interstellare della Via Lattea e delle vicine galassie con formazione stellare, ma è circa 10 o più volte maggiore nella regione che circonda GRB 020819B.

Ulteriori Informazioni

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, il Nord America e l'Asia Orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa, ALMA è finanziata dall'ESO, in Nord America dalla U.S. National Science Foundation (NSF), in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e in Asia Orientale dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS), in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dell'Europa, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

Questo lavoro è presentato in un articolo sulla rivista Nature (12 giugno 2014) intitolato “Two gamma-ray bursts from dusty regions with little molecular gas”, di B. Hatsukade et al.

L'equipe è composta da B. Hatsukade (NOAJ, Tokyo, Giappone), K. Ohta (Department of Astronomy, Kyoto University, Kyoto, Giappone), A. Endo (Kavli Institute of NanoScience, TU Delft, Paesi Bassi), K. Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Cile; The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai), Tokyo, Giappone), Y. Tamura (Institute of Astronomy [IoA], University of Tokyo, Giappone), T. Hashimoto (NAOJ) e K. Kohno (IoA; Research Centre for the Early Universe, University of Tokyo, Giappone).

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 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. 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 europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che opera nell'ottico e infrarosso vicino e 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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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1418.