Gli astronomi che studiano un potente lampo di raggi gamma (GRB) con il telescopio Gemini South, gestito dal NOIRLab di NSF, potrebbero aver individuato un modo mai visto prima per distruggere una stella. A differenza della maggior parte dei GRB, che sono causati dall’esplosione di stelle massicce o dalla fusione casuale di stelle di neutroni, gli astronomi hanno concluso che questo GRB provenisse invece dalla collisione di stelle o resti stellari nell’ambiente pieno zeppo che circonda un buco nero supermassiccio al centro di un’antica galassia.
La maggior parte delle stelle nell’Universo muore in modi prevedibili, a seconda della loro massa. Stelle di massa relativamente bassa come il nostro Sole si staccano dai loro strati esterni con la vecchiaia e alla fine svaniscono per diventare stelle nane bianche. Stelle più massicce bruciano più luminose e muoiono prima in cataclismiche esplosioni di supernova, creando oggetti ultradensi come stelle di neutroni e buchi neri. Se due di questi resti stellari formano un sistema binario, alla fine possono anche scontrarsi. Una nuova ricerca, tuttavia, indica una quarta opzione a lungo ipotizzata, ma mai vista prima.
Durante la ricerca delle origini di un lampo di raggi gamma (GRB) di lunga durata, gli astronomi che utilizzano il telescopio Gemini South in Cile, parte dell’Osservatorio internazionale Gemini gestito dal NOIRLab della NSF, e altri telescopi, hanno scoperto prove di un collisione simile a un demolition derby di stelle o resti stellari nella regione caotica e densamente popolata vicino al buco nero supermassiccio di un’antica galassia.
“Questi nuovi risultati mostrano che le stelle possono incontrare la loro fine in alcune delle regioni più dense dell’Universo dove possono essere spinte a scontrarsi“, ha detto Andrew Levan, un astronomo della Radboud University nei Paesi Bassi e autore principale di un articolo apparso sulla rivista Nature Astronomy. “Questo è entusiasmante per capire come muoiono le stelle e per rispondere ad altre domande, come quali fonti inaspettate potrebbero creare onde gravitazionali che potremmo rilevare sulla Terra”.
Le galassie antiche hanno superato da tempo il loro apice di formazione stellare e avrebbero poche – se non nessuna – stelle giganti rimaste, la principale fonte di GRB lunghi. I loro nuclei, tuttavia, brulicano di stelle e un serraglio di resti stellari ultra densi, come stelle nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri. Gli astronomi hanno a lungo sospettato che nel turbolento alveare di attività che circonda un buco nero supermassiccio, sarebbe stata solo una questione di tempo prima che due oggetti stellari si scontrassero per produrre un GRB. Le prove per questo tipo di fusione, tuttavia, sono state sfuggenti.
I primi indizi che si fosse verificato un tale evento sono stati visti il 19 ottobre 2019 quando il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA ha rilevato un lampo luminoso di raggi gamma che è durato poco più di un minuto. Qualsiasi GRB che dura più di due secondi è considerato “lungo”. Tali esplosioni provengono tipicamente dalla morte per supernova di stelle almeno 10 volte la massa del nostro Sole, ma non sempre.
I ricercatori hanno quindi utilizzato Gemini South per effettuare osservazioni a lungo termine del bagliore residuo del GRB per saperne di più sulle sue origini. Le osservazioni hanno permesso agli astronomi di individuare la posizione del GRB in una regione a meno di 100 anni luce dal nucleo di un’antica galassia, che lo collocava molto vicino al buco nero supermassiccio della galassia. I ricercatori inoltre non hanno trovato prove di una supernova corrispondente, che lascerebbe la sua impronta sulla luce studiata da Gemini South.
“La nostra osservazione di follow-up ci ha detto che piuttosto che essere una stella massiccia che collassa, l’esplosione è stata molto probabilmente causata dalla fusione di due oggetti compatti”, ha detto Levan. “Individuando la sua posizione al centro di un’antica galassia precedentemente identificata, abbiamo avuto la prima allettante prova di un nuovo percorso attraverso il quale le stelle incontrano la loro fine”.
Nei normali ambienti galattici, si ritiene che la produzione di GRB lunghi dalla collisione di resti stellari come stelle di neutroni e buchi neri sia incredibilmente rara. I nuclei delle galassie antiche, tuttavia, sono tutt’altro che normali e potrebbero esserci un milione o più di stelle stipate in una regione di pochi anni luce. Una densità di popolazione così estrema potrebbe essere abbastanza grande da consentire occasionali collisioni stellari, specialmente sotto la titanica influenza gravitazionale di un buco nero supermassiccio, che perturberebbe i movimenti delle stelle e le manderebbe a sbandare in direzioni casuali. Alla fine, queste stelle ribelli si intersecherebbero e si fonderebbero, innescando un’esplosione titanica che potrebbe essere osservata da vaste distanze cosmiche.
È possibile che tali eventi si verifichino abitualmente in regioni altrettanto affollate dell’Universo, ma siano passati inosservati fino a questo punto. Una possibile ragione della loro oscurità è che i centri galattici sono pieni di polvere e gas, che potrebbero oscurare sia il lampo iniziale del GRB sia il bagliore successivo. Questo particolare GRB, identificato come GRB 191019A, potrebbe essere una rara eccezione, consentendo agli astronomi di rilevare l’esplosione e studiarne gli effetti successivi.
I ricercatori vorrebbero scoprire più di questi eventi. La loro speranza è quella di abbinare un rilevamento di GRB con un corrispondente rilevamento di onde gravitazionali, che rivelerebbe di più sulla loro vera natura e confermerebbe le loro origini, anche negli ambienti più oscuri. L’Osservatorio Vera C. Rubin, quando sarà online nel 2025, sarà prezioso in questo tipo di ricerca.
“Lo studio di lampi di raggi gamma come questi è un ottimo esempio di come il campo sia davvero avanzato grazie a molte strutture che lavorano insieme, dal rilevamento del GRB, alle scoperte di bagliori e distanze con telescopi come Gemini, fino alla dissezione dettagliata degli eventi con osservazioni attraverso lo spettro elettromagnetico”, ha detto Levan. “Queste osservazioni si aggiungono al ricco patrimonio di Gemini sviluppando la nostra comprensione dell’evoluzione stellare“, afferma Martin Still, direttore del programma NSF per l’Osservatorio Internazionale Gemini. “Le osservazioni sensibili al tempo sono una testimonianza delle operazioni agili e della sensibilità di Gemini a eventi dinamici e distanti in tutto l’Universo”.
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