Un team internazionale di astronomi ha scoperto che alcuni lampi di raggi gamma brevi (GRB) non hanno avuto origine isolata nella vastità dello Spazio intergalattico, come inizialmente ipotizzato. Uno studio più approfondito ha invece scoperto che questi GRB si sono effettivamente verificati in galassie notevolmente distanti – e quindi deboli – fino a 10 miliardi di anni luce di distanza. Questa scoperta suggerisce che i GRB brevi, che si formano durante le collisioni di stelle di neutroni, potrebbero essere stati più comuni in passato del previsto.
Poiché le fusioni di stelle di neutroni creano elementi pesanti, inclusi oro e platino, l'Universo potrebbe essere stato disseminato di metalli preziosi prima del previsto. Questa investigazione cosmica ha richiesto la potenza combinata di alcuni dei più potenti telescopi sulla Terra e nello Spazio, tra cui il telescopio Gemini North alle Hawaii e il telescopio Gemini South in Cile. I due telescopi Gemini costituiscono l'International Gemini Observatory, gestito dal NOIRLab di NSF. Altri osservatori coinvolti in questa ricerca includono il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, il Lowell Discovery Telescope in Arizona, il Gran Telescopio Canarias a La Palma nelle Isole Canarie, il Very Large Telescope dell'ESO a Cerro Paranal in Cile e il Keck Observatory alle Hawaii.
"Molti GRB brevi si trovano in galassie luminose relativamente vicine a noi, ma alcuni di loro sembrano non avere una sede galattica corrispondente," ha dichiarato Brendan O'Connor, primo autore della ricerca e astronomo sia all'Università del Maryland che alla George Washington University. "Individuando dove hanno origine i GRB brevi, siamo stati in grado di esaminare una serie di dati provenienti da osservatori come i telescopi gemelli Gemini per trovare il debole bagliore di galassie che erano semplicemente troppo distanti per essere riconosciute prima".
I ricercatori hanno iniziato la loro ricerca esaminando i dati relativi a 120 GRB catturati da due strumenti a bordo dell'Osservatorio Swift di Neil Gehrels della NASA: il Burst Alert Telescope, che ha segnalato che era stata rilevata un'esplosione, e il telescopio a raggi X di Swift, che ha identificato la posizione generale del bagliore di raggi X del GRB. Ulteriori studi sul bagliore residuo effettuati presso l'Osservatorio Lowell hanno individuato in modo più accurato la posizione dei GRB.
Gli studi sul bagliore residuo hanno scoperto che 43 dei GRB brevi non erano associati a nessuna galassia conosciuta e apparivano nello Spazio relativamente vuoto tra le galassie. "Questi GRB senza origine presentavano un mistero intrigante e gli astronomi avevano proposto due spiegazioni per la loro esistenza apparentemente isolata," ha spiegato O'Connor. Un'ipotesi era che le stelle di neutroni progenitrici si fossero formate come coppia binaria all'interno di una galassia lontana, si fossero spostate insieme nello Spazio intergalattico e alla fine si fossero fuse miliardi di anni dopo. L'altra ipotesi era che le stelle di neutroni si fossero unite a molti miliardi di anni luce di distanza nelle loro galassie d'origine, che ora appaiono estremamente deboli a causa della loro vasta distanza dalla Terra.
"Abbiamo ritenuto che questo secondo scenario fosse il più plausibile per spiegare una grande frazione di eventi senza origine," ha affermato O'Connor. "Abbiamo quindi utilizzato i più potenti telescopi sulla Terra per raccogliere immagini profonde delle posizioni dei GRB e abbiamo scoperto galassie altrimenti invisibili a 8-10 miliardi di anni luce dalla Terra". Per effettuare queste rilevazioni, gli astronomi hanno utilizzato una varietà di strumenti ottici e infrarossi montati sui telescopi gemelli Gemini da 8,1 metri. Il Gemini Observatory offre la possibilità di osservazioni da entrambi gli emisferi, elemento incredibilmente importante per il follow-up GRB grazie alla loro capacità di monitorare l'intero cielo. I dati Gemini sono stati utilizzati per localizzare 17 dei 31 GRB analizzati nel campione.
Questo risultato potrebbe aiutare gli astronomi a comprendere meglio l'evoluzione chimica dell'Universo. La fusione di stelle di neutroni innesca una serie di reazioni nucleari a cascata necessarie per produrre metalli pesanti, come oro, platino e torio. Spostare indietro la scala temporale cosmica sulle fusioni di stelle di neutroni significa che il giovane Universo era molto più ricco di elementi pesanti di quanto si pensasse in precedenza.
"Ciò spinge indietro la scala temporale a quando l'Universo ha ricevuto il 'tocco di Mida' ed era disseminato di elementi più pesanti sulla tavola periodica," ha detto O'Connor.
"Questa indagine relativa a le galassie ospiti di GRB ha fornito una risposta convincente al mistero di lunga data della natura degli ambienti delle stelle di neutroni," ha affermato Martin Still, Gemini Program Officer presso la National Science Foundation. "Tra i più grandi telescopi open-access del mondo, i Gemini Observatories forniscono laboratori potenti e flessibili per un'ampia gamma di esperimenti e collaborazioni internazionali".
