Astronomia a raggi gamma: il buono, il brutto e il cattivo

Le esplosioni di raggi gamma hanno fornito una costante fonte di eccitazione da quando sono state scoperte negli anni '60 dai satelliti militari statunitensi alla ricerca di prove di test segreti sulle armi nucleari.

Quando illuminano il cielo, i lampi di raggi gamma sono gli oggetti più luminosi dell'Universo. Emettono così tanta luce che gli astronomi ritengono che debba essere collimata in qualche modo, altrimenti l'emissione totale non potrebbe derivare dal fenomeno astrofisico attualmente compreso. Così com'è, rilasciano in pochi secondi l'energia equivalente alla massa a riposo del Sole.

Ciò li rende più di un interesse passeggero per l'umanità. Le esplosioni di raggi gamma nella Via Lattea potrebbero aver innescato estinzioni di massa sulla Terra in passato e quindi potrebbero minacciarci in futuro.

Tuttavia un lampo di raggi gamma non è mai stato visto nella Via Lattea. Infatti, sono generalmente gli oggetti astronomici più distanti, e quindi più antichi, che possiamo vedere. Gli astronomi la scorsa settimana hanno affermato di aver individuato un lampo di raggi gamma avvenuto appena 630 milioni di anni dopo il Big Bang.

Tutte queste informazioni e molto altro sono il risultato di due rivoluzioni avvenute nell'astronomia dei raggi gamma. Il primo è il lancio dei telescopi per raggi gamma Swift e Fermi rispettivamente nel 2004 e nel 2008. Il secondo è un progetto di coordinamento globale che avvisa la comunità dei lampi di raggi gamma in modo che i loro bagliori possano essere osservati ad altre frequenze.

Di conseguenza, gli astronomi sono passati dall'essere affamati di dati sui lampi di raggi gamma all'affogare improvvisamente in essi. E poiché la quantità di dati scarsamente compresi cresce di giorno in giorno, sta lentamente diventando chiaro che i lampi di raggi gamma sono molto più complessi e misteriosi di quanto chiunque immaginasse.

Oggi, Maxim Lyutikov della Purdue University in Indiana, delinea i misteri su cui gli astronomi stanno sconcertando e ne fa una lettura affascinante. Sembrano esserci due tipi di lampi di raggi gamma: quelli lunghi che durano migliaia di secondi e quelli corti che si accendono e si spengono in meno di un secondo. Come si verificano questi diversi tipi non è ancora noto. E non scommettere che altri tipi di burst verranno scoperti presto.

Queste esplosioni hanno bagliori di raggi X che a volte decadono rapidamente e in altri casi si stabilizzano per decine di migliaia di secondi. Alcune esplosioni in seguito si riaccendono e altre si spengono momentaneamente, come una Ford Model T che si ritorce contro.

Ognuna di queste osservazioni richiede una spiegazione separata e i teorici stanno lottando. Il consenso è che i lampi di raggi gamma vengono creati in una sorta di collasso gravitazionale in cui l'energia gravitazionale viene convertita in energia cinetica e quindi in luce. Quindi le supernove sono generalmente accettate come un tipo di sorgente. Da dove vengono gli altri, nessuno lo sa.

Poi c'è la questione di come si verifica un simile crollo. Un collasso gravitazionale implica l'esistenza di un'onda d'urto, ma la struttura di quest'onda e il modo in cui interagisce con qualsiasi cosa sul suo percorso sono poco conosciuti.

Anche il meccanismo fisico con cui si formano i raggi gamma è controverso. Una possibilità è l'emissione di sincrotrone, particelle cariche accelerate in un campo magnetico. Non è noto da dove provenga questo campo magnetico e come interagisca con un'onda d'urto. Un'altra opzione è l'emissione Compton inversa in cui gli elettroni ad alta energia aumentano l'energia dei fotoni a frequenze più alte. Fai la tua scelta.

La speranza è che questi meccanismi possano essere messi insieme in qualche modo in modo da spiegare la struttura dei dati che vedono gli astronomi: i brillamenti, gli ultimi bagliori e le diverse scale temporali in cui si verificano.

Ma la paura che suscita Lyutikov è che questi processi siano così complessi che saranno per sempre al di là della comprensione dei mortali.

Questo è eccessivamente pessimista. I progressi in molte aree dell'astrofisica sono limitati dalla mancanza di dati. L'astronomia gamma è un'eccezione, almeno per il momento. Non si può negare la complessità rappresentata da questi dati. Ma ciò che questo stato di cose rappresenta è un'occasione d'oro per una nuova generazione di astrofisici: un problema entusiasmante che chiede solo di essere risolto.

Rif: arxiv.org/abs/0911.0349 : Gamma Ray Bursts: Ritorno alla lavagna

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