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Raggi Gamma dal black-hole merging?

Ricostruzione artistica di un Gamma Ray Burst (GRB)
Ricostruzione artistica di un Gamma Ray Burst (GRB) Credit: Stanford.edu

 Dopo il clamoroso annuncio di onde gravitazionali da GW150914, si è scatenata la caccia alle possibili controparti in tutto lo spettro elettromagnetico. Il satellite Fermi , in particolare, sembra avere avvistato l'evento nei raggi gamma; se confermato si richiederebbe la presenza di grosse quantità di materia nelle immediate vicinanze dei due buchi neri che si stavano fondendo.

 Il lampo gamma (Gamma Ray Burst, GRB) a bordo del satellite Fermi è giunto soli 0,4 secondi dopo le onde gravitazionali e aveva una durata di un secondo; la sua direzione di provenienza nel cielo si sovrappone al 75% della striscia identificata dal team Ligo (vedasi figura sottostante) e le due osservazioni, combinate tra loro, riducono la zona in cui cercare la sorgente celeste da 600 a 200 gradi quadrati. Secondo il team di Fermi le probabilità di avere una simile coincidenza per puro caso sono dello 0,22%.

location2

Possibile localizzazione sulla volta celeste di GW150914 osservato da Ligo (in alto a sinistra), confrontata con la regione di provenienza del GRB osservato da Fermi  (in alto a destra); in basso la combinazione delle due zone con e senza l'incertezza dovuta allo schermo della Terra - credit: V. Connaughton et al. http://arxiv.org/pdf/1602.03920v3

 Tuttavia, prima di gridare "Eureka!", ci sono molti aspetti da chiarire.

 Intanto, l'emissione di raggi gamma dovrebbe essere associata ad una grande quantità di materia (normalmente i GRB di questa durata vengono associati al collasso degli strati esterni di una stella massiccia il cui nucleo diventa un singolo buco nero). Anche nel caso di GW150914 ci diveva essere, nelle immediate vicinanze dei due buchi neri coalescenti, una gran quantità di materia che emette raggi gamma raggiungendo temperature di molti milioni di gradi; questo contrasta con l'idea che i due buchi neri orbitassero da tempo uno intorno all'altro, poiché in tal caso avrebbero dovuto svuotare con la loro gravità tutta la regione circostante. La spiegazione fornita da Abraham Loeb (Harvard University) è che i due buchi neri si siano formati dalla frammentazione di una stella di grandissima massa, dell'ordine di 200 masse solari, probabilmente a sua volta formatasi dalla precedente fusione di due astri in una regione ad elevata densità stellare. A causa della elevata velocità di rotazione e della conseguente forza centrifuga, infatti. il nucleo di questa mega-stella si sarebbe scisso in 2 agglomerati "a manubrio" che sarebbero collassati successivamente in due buchi neri, ciascuno di circa 30 masse solari; la rimanente massa stellare, disposta in un disco di accrescimento ampio poche centinaia di migliaia di km, avrebbe fornito "combustibile" per i raggi gamma, eventualmente attraverso getti di gas a velocità relativistica.

 Il modello presenta però dei problemi; intanto appare piuttosto macchinoso e poi, per ammissione dello stesso autore, la quantità di raggi gamma emessi con quel meccanismo dovrebbe essere molto maggiore di quanto osservato. Inoltre, a gettare un'ombra di dubbio sulla reale presenza di un GRB, ci sono le osservazioni fatte dal satellite europeo INTEGRAL: in esse non ci sarebbe traccia di emissione X e questo pone dei limiti stringenti anche sulla possibilità di rivelare raggi gamma, mettendo in dubbio anche le osservazioni di Fermi.

Insomma, la questione è tutt'altro che risolta e tutto questo serve a dare una idea sull'enorme fermento teorico e sperimentale generato in questi giorni dalla prima osservazione diretta di onde gravitazionali.

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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