La creazione di rari elementi chimici essenziali per la vita come la conosciamo è stata recentemente osservata in un evento cosmico straordinario: la fusione di due stelle di neutroni, che rappresenta l’ultimo capitolo nella vita di astri incredibilmente massicci. Questo evento ha prodotto il 2° lampo di raggi gamma più intenso mai registrato, con una brillantezza superiore a quella di tutta la Via Lattea di un milione di volte. La scoperta, pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature e guidata da un team di ricerca dell’Università Radboud nei Paesi Bassi, è stata resa possibile grazie all’impiego di una vasta gamma di telescopi spaziali e terrestri, tra cui il telescopio spaziale James Webb di NASA, Agenzia Spaziale Europea e Agenzia Spaziale Canadese, nonché il Telescopio Spaziale Fermi della NASA e dell’Agenzia Spaziale Italiana, con il contributo anche di Francia, Giappone e Svezia.
I lampi di raggi gamma, noti come GRB (Gamma-Ray Bursts), sono causati da potenti getti di energia che si muovono a velocità prossime a quella della luce e possono persistere per periodi variabili, che vanno da pochi millisecondi fino a decine di minuti. Quello osservato dai ricercatori, denominato GRB 230307A, è durato sorprendentemente circa 200 secondi. Questa durata insolita è degna di nota poiché lampi così prolungati sono di solito associati alla morte esplosiva di stelle massicce e non alla fusione di stelle di neutroni.
“Il materiale in queste esplosioni è lanciato nello spazio a velocità molto elevate, causando una rapida evoluzione della luminosità e della temperatura del plasma in espansione”, afferma Om Sharan Salafia, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) a Milano, tra gli autori dello studio. “Con l’espansione, il materiale si raffredda e il picco della sua luce si sposta sempre più verso il rosso, per poi passare all’infrarosso su scale temporali che vanno da giorni a settimane”.
Samantha Oates, ex-ricercatrice presso l’Università britannica di Birmingham e ora affiliata all’Università di Lancaster, commenta: “Solo pochi anni fa, scoperte di questo tipo sarebbero state impensabili. Tuttavia, grazie al James Webb Space Telescope, siamo ora in grado di osservare in dettaglio questi eventi di fusione“.
Gli scienziati, studiando l’esplosione cosmica conosciuta come kilonova, hanno individuato 3 elementi chimici particolarmente significativi: il tellurio, un elemento pesante e raro utilizzato principalmente nelle leghe metalliche, lo iodio, coinvolto nel metabolismo degli organismi viventi, e il torio, un metallo debolmente radioattivo utilizzato, ad esempio, in elettrodi e strumenti scientifici.
Ben Gompertz, dell’Università di Birmingham e co-autore dello studio, ha sottolineato l’importanza della scoperta affermando: “Le kilonovae sono estremamente rare e molto complesse da osservare e analizzare. Ecco perché questa scoperta è così entusiasmante“.
La collaborazione di molti telescopi, sia a terra che nello spazio, ha permesso al team di raccogliere una gran quantità di informazioni su questo evento subito dopo il primo rilevamento, aiutando loro a individuare la sorgente nel cielo e a monitorare la sua luminosità nel tempo. Le osservazioni nei raggi gamma, nei raggi X, nell’ottico, nell’infrarosso e in banda radio hanno mostrato che la controparte ottica/infrarossa era debole, evolvendosi rapidamente e passando dal blu al rosso: i tratti distintivi di una kilonova. In particolare, la sensibilità di JWST nell’infrarosso ha aiutato gli scienziati a identificare l’origine delle due stelle di neutroni che hanno prodotto la kilonova: una galassia a spirale a circa 120mila anni luce dal luogo della fusione. I progenitori del poderoso evento erano due stelle massicce che formavano un sistema binario in questa galassia: le esplosioni che le hanno trasformate in stelle di neutroni, tuttavia, hanno espulso il sistema binario dalla galassia. Prima di fondersi e dare luogo alla kilonova, diverse centinaia di milioni di anni più tardi, hanno percorso un tragitto pari al diametro della Via Lattea.
Alla campagna osservativa ha partecipato anche il VST (VLT Survey Telescope), telescopio dell’INAF presso l’Osservatorio di Paranal, in Cile. “Quando il GRB fu scoperto, non si conosceva ancora la sua controparte ottica, in quanto Swift non lo aveva osservato e quindi non si aveva idea della posizione esatta con precisione di arcosecondi, in modo da attivare il follow-up classico”, spiega il co-autore Luca Izzo, ricercatore presso l’INAF a Napoli e presso il Dark Cosmology Center, Niels Bohr Institute, Università di Copenhagen, in Danimarca. “Avendo del tempo di osservazione al VST per un mio programma sulle galassie vicine, decisi di pianificare delle osservazioni per la ricerca della controparte nella notte a me riservata, due giorni dopo la scoperta del GRB. Queste osservazioni hanno identificato correttamente la controparte ottica poche ore dopo la prima conferma, ottenuta dalla ULTRACAM sul New Technology Telescope. Questo dimostra il contributo del VST nell’identificazione ottica di sorgenti ad alta energia e nel successivo follow-up e caratterizzazione. Una cosa che faremo sicuramente nel futuro immediato”.
Gli scienziati si aspettano di trovare ancora più kilonova in futuro grazie al crescente numero di opportunità di avere telescopi spaziali e terrestri che lavorano in modi complementari per studiare i cambiamenti nell’Universo.
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