La Cavese Maria Dainotti alla ricerca dei lampi gamma per studiare la storia dell’universo

19 ottobre 2017

Sono giorni di grande fermento per l’astrofisica. La conferma dell’esistenza delle onde gravitazionali ha permesso agli scienziati di localizzare il segnale generato dalla fusione di due stelle di neutroni, così dense da costituire uno stato estremo della materia. Negli stessi giorni l’annuncio che un team di ricercatori guidati da Maria Dainotti, ricercatrice dell’Istituto Nazionale di Astrofisica con borsa Marie Curie presso l’Università di Stanford negli USA, presenta un articolo scientifico sulla rivista “The Astrophysical Journal” riguardo i risultati di una indagine statistica volta a individuare e selezionare per questo scopo un particolare sottogruppo di lampi di raggi gamma (Gamma Ray Burst, GRB).

Grazie ai lampi di raggi gamma ci si prefigge di ricostruire la storia dell’espansione dell’universo. Questo l’obiettivo del gruppo internazionale capeggiato dalla scienziata Cavese che ormai da anni si occupa di questo campo. I GRB sono i più potenti eventi ad alta energia noti, che durano da pochi secondi a poche ore. Durante la breve fase iniziale di emissione di raggi gamma ad altissima energia, questi eventi rilasciano la stessa quantità di energia che il Sole produce in tutto il suo ciclo evolutivo. Per questa loro caratteristica i GRB possono essere rilevati fino a epoche così remote in cui la loro luce è stata emessa quando l’universo aveva solo un millesimo della sua dimensione attuale. Anche se da alcuni decenni osserviamo e studiamo questi fenomeni, i meccanismi fisici che li producono sono ancora poco conosciuti e diverse sono le teorie che descrivono la loro origine: dall’esplosione di supernovae da stelle supermassicce alla fusione di stelle di neutroni, ma anche dal rallentamento di stelle massicce altamente magnetizzate in rapida rotazione.

L’interesse degli scienziati per questi fenomeni è legato anche al fatto che la loro potentissima emissione di energia li rende individuabili in epoche molto più remote rispetto alle supernovae, oggi utilizzate come strumenti per misure l’espansione dell’universo. Riuscendo ad accertarnecon precisione alcune proprietà, in particolare la luminosità intrinseca di ogni evento osservato, i GRB potrebbero quindi essere utilizzati per ricostruire la storia dell’evoluzione dell’universo fino ad ere cosmologicheben più antiche di quanto attualmente è possibile.

Il team di Dainotti ha osservato che, analizzando i dettagli della fase di “plateau” della emissione nei raggi X meno energetica, ma molto più prolungata di lampi gamma, è possibile definire una sottoclasse di GRB di lunga durata in modo tale che si possa stabilire una correlazione molto stretta tra la durata della fase di plateau nei raggi X, la sua luminosità e l’intensità della fase iniziale di emissione, quella che viene definita componente “prompt”.

I ricercatori hanno dimostrato che selezionando solo eventi con una lunga e quasi costante fase di emissione X e suddividendo questo gruppo in categorie, se ne può identificare uno, a cui è stato assegnato il nomignolo “dorato” (golden GRB) particolarmente interessante. I lampi gamma che appartengono a questo gruppo presentano emissioni di plateau molto definite e piuttosto costanti nel tempo, tutte piuttosto simili tra loro, proprietà che ne suggerisce l’uso per gli studi cosmologici dove è essenziale conoscere la precisa luminosità dei traccianti cosmologici utilizzati.

“Abbiamo indizi di una diversa origine fisica per GRB corti che presentano emissioni estese rispetto alle altre varie classi.” – afferma Dainotti -“Così, individuare le differenze tra un generico GRB e quelli che appartengono al gruppo dorato può diventare di per sé un metodo cruciale per riconoscere le varie categorie di lampi gamma e quindi portare ad una comprensione più profonda della loro natura”.

Una comprensione che sarà di grande utilità anche nella nascente branca della astronomia delle onde gravitazionali: un certo segnale potrebbe essere associato con chiarezza ad eventi legati a lampi gamma di tipo corto o lungo.

Nuovi scenari nel campo dell’astrofisica si stanno prospettando e un ruolo di primo piano lo stanno avendo gli scienziati italiani.

Magrina Di Mauro