(AGENPARL) - Roma, 5 Giugno 2023 - (AGENPARL) – lun 05 giugno 2023 studio pubblicato oggi sulla rivista APJ. Un team italiano di ricercatori
dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dell’Istituto Nazionale
di Astrofisica (INAF) e della Stony Brook University (USA) ha dimostrato
per la prima volta che una magnetar appena formata e rapidamente rotante può
spiegare in modo dettagliato le diverse fasi dell'emissione dei lampi di
raggi gamma, dalla loro violenta accensione fino allo spegnimento
definitivo.
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“MOTORE A MAGNETAR” ALIMENTA I POTENTI LAMPI GAMMA NEL COSMO
Un team italiano di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
(INFN), dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e della Stony Brook
University (USA) ha dimostrato per la prima volta che una magnetar appena
formata e rapidamente rotante, cioè una stella di neutroni con un campo
magnetico elevatissimo che ruota su se stessa molte centinaia di volte al
secondo, può spiegare in modo dettagliato le diverse fasi dell'emissione
dei lampi di raggi gamma, dalla loro violenta accensione fino allo
spegnimento definitivo. Questo risultato è stato ottenuto confrontando le
previsioni teoriche con un ricco insieme di dati nella banda dei raggi X e
gamma. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal
Letters.
I lampi di raggi gamma (in inglese Gamma-Ray Burst, o GRB) sono brevi
eventi esplosivi tra i più violenti dell'universo, a distanza di miliardi
di anni luce da noi. La loro energia viene trasferita in potentissimi getti
collimati che emettono la radiazione che osserviamo. Si ritiene che i GRB
siano originati nel processo di formazione di un buco nero di massa
stellare, in seguito al collasso gravitazionale di una stella alla fine del
suo ciclo evolutivo, o alla collisione e fusione di due stelle di neutroni.
Negli ultimi anni è stata sviluppata un'altra ipotesi: i GRB, o almeno una
frazione rilevante di essi, potrebbero essere prodotti dalla formazione di
una magnetar che ruota su sé stessa molte centinaia di volte al secondo. Le
magnetar, come le altre stelle di neutroni, hanno una massa simile a quelle
del Sole concentrata in un volume dalle dimensioni comparabili con quelle
di una grande città, ma posseggono campi magnetici elevatissimi. Scoperte
nella nostra Galassia negli anni ‘90 del secolo scorso, sono caratterizzate
da un’intensa emissione di origine magnetica in raggi X e gamma,
punteggiata da ricorrenti episodi parossistici di breve durata ed enorme
luminosità. La loro origine è ad oggi un mistero tra i più studiati
nell’astrofisica degli oggetti compatti.
Il nuovo lavoro combina conoscenze acquisite nello studio delle magnetar e
delle stelle di neutroni che catturano materia con le principali
caratteristiche dei GRB, dimostrando come una magnetar appena formata e
rapidamente rotante possa spiegare le proprietà di alcuni tra i GRB più
studiati meglio di un buco nero.
Simone Dall’Osso, ricercatore presso l’INFN, associato INAF e primo autore
dell’articolo, commenta: “Il nostro studio spiega in modo quantitativo le
diverse fasi dell'emissione di un lampo gamma e del suo graduale
spegnimento. I processi fisici coinvolti sono gli stessi che operano in
altri sistemi contenenti stelle magnetiche in rotazione quali nane bianche,
stelle di neutroni ordinarie (non magnetar) ed anche stelle ordinarie in
fase di formazione. Applicati ad una magnetar appena formata e rapidamente
rotante questi stessi processi portano al rilascio di enormi quantità di
energia in tempi brevissimi, con segni distintivi identificabili”.
Giulia Stratta, ricercatrice INAF, associata INFN e membro del cluster di
ricerca ELEMENTS presso la Goethe University di Francoforte, aggiunge “Per
poter fornire una spiegazione organica delle diverse fasi dei lampi gamma,
è stato necessario basarsi sui GRB per i quali abbiamo le informazioni più
complete da osservazioni in banda ottica, X e gamma. Si tratta di una
dozzina di casi in tutto, frutto di un lungo lavoro di ricerca tra molte
centinaia”.
Lo scenario teorizzato nel lavoro del team italiano suggeriscew che, in una
prima fase, la magnetar cattura parte della materia che ancora sta cadendo
a seguito del collasso gravitazionale o della collisione tra stelle di
neutroni. Questo genera la parte iniziale e più brillante del GRB,
liberando un’enorme quantità di energia gravitazionale in poche decine di
secondi. Quando l'afflusso di materia diminuisce, la rotazione del campo
magnetico della magnetar inizia a respingere la materia stessa fiondandola
via – un po’ come un'elica che gira – e una quantità via via più piccola di
energia gravitazionale viene rilasciata, causando un graduale calo della
luminosità. Infine, quando non vi è più materia che cade, la magnetar si
comporta come una stella di neutroni isolata e dissipa progressivamente la
sua energia rotazionale.
Secondo Rosalba Perna, professore ordinario presso la Stony Brook
University e co-autore dello studio, “questo risultato getta una nuova luce
su due misteri cosmici, suggerendo un probabile legame tra di essi: ‘che
cos'è che produce un lampo gamma?’ e ‘dove si formano le magnetar e in
quali speciali condizioni, tali da differenziarle dalle altre stelle di
neutroni?’“.
Luigi Stella, dirigente di ricerca presso l’INAF di Roma e autore anch'egli
dello studio, sottolinea che: “appena formate le magnetar, come anche i
buchi neri di massa stellare, possono essere motori astrofisici di
eccezionale potenza, capaci di alimentare l'emissione dei lampi gamma, ma
anche di generare forti onde gravitazionali, come abbiamo dimostrato in
alcuni studi precedenti”.
“Nel prossimo futuro” conclude Dall’Osso “un’ulteriore e definitiva
conferma della formazione di una magnetar potrà venire proprio dalla
rivelazione di un segnale in onde gravitazionali”.
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Per ulteriori informazioni:
L’articolo “Magnetar central engines in gamma-ray bursts follow the
universal relation of accreting magnetic stars”, di Simone Dall’Osso,
Giulia Stratta, Rosalba Perna, Giovanni De Cesare e Luigi Stella, è stato
pubblicato su pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.
Contatti:
Cordiali saluti,
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