Un GRB 221009A ogni 10.000 anni

L'esplosione era stata così brillante da accecare la maggior parte degli strumenti a raggi gamma nello spazio, il che significa che l'intensità era fuori scala. Gli scienziati statunitensi hanno messo insieme i dati dell'osservatorio Fermi della NASA e confrontando i risultati con quelli del team russo che lavora sui dati dello strumento Konus sulla navicella Wind della NASA, con i team cinesi che analizzano le osservazioni del rilevatore GECAM-C sul loro satellite SATech-01 e gli strumenti del loro osservatorio Insight-HXMT. L'analisi ha stabilito che l'esplosione era stata 70 volte più luminosa di qualsiasi altra mai vista.

Denominato GRB 221009A e soprannominato dagli scienziati "the BOAT",  "è stato probabilmente il lampo più luminoso di energie di raggi X e raggi gamma verificatosi dall'inizio della civiltà umana", ha affermato Eric Burns, assistente professore di fisica e astronomia presso la Louisiana State University di Baton Rouge. Burns ha condotto un'analisi di circa 7.000 GRB per stabilire con quale frequenza possono verificarsi eventi così luminosi: una volta ogni 10.000 anni. 

I risultati sono stati presentati alla riunione della High Energy Astrophysics Division dell'American Astronomical Society a Waikoloa, nelle Hawaii.
Le osservazioni dell'esplosione abbracciano lo spettro dalle onde radio ai raggi gamma e includono dati provenienti da molte missioni della NASA e partner, tra cui il telescopio a raggi X NICER sulla Stazione Spaziale Internazionale, l'osservatorio NuSTAR della NASA e persino Voyager 1 nello spazio interstellare. Gli articoli che descrivono i risultati presentati appaiono sul The Astrophysical Journal Letters.

The BOAT

Il segnale di GRB 221009A aveva viaggiato per circa 1,9 miliardi di anni prima di raggiungere la Terra, rendendolo uno dei lampi di raggi gamma più "lunghi" e più vicini a noi conosciuti. La sua emissione iniziale era durata più di due secondi.

Gli astronomi pensano che queste esplosioni rappresentino il grido di nascita dei buchi neri che si formano quando i nuclei delle stelle massicce collassano sotto il loro stesso peso. Per cui, si aspettava di trovare una supernova luminosa a distanza di qualche settimana da the Boat ma la ricerca fu inconcludente. Uno dei motivi è che questo GRB è apparso in una parte del cielo che si trova a pochi gradi sopra il piano della nostra galassia, dove spesse nubi di polvere possono oscurare notevolmente la luce dal nostro punto di vista. Andrew Levan, professore di astrofisica alla Radboud University di Nijmegen, Paesi Bassi, ha condotto osservazioni nel vicino e medio infrarosso utilizzando il James Webb Space Telescope della NASA e il telescopio spaziale Hubble per individuare la supernova, poiché le nuvole di polvere diventano più trasparenti alle lunghezze d'onda dell'infrarosso.
“Se c'è, è molto debole. Abbiamo in programma di continuare a cercare", ha aggiunto, "ma è possibile che l'intera stella sia collassata direttamente nel buco nero invece di esplodere". Man mano che i getti continuano ad espandersi nel materiale che circonda la stella condannata, producono un bagliore residuo a più lunghezze d'onda che gradualmente svanisce.
Ulteriori osservazioni Webb e Hubble sono pianificate nei prossimi mesi.

Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA e Adam Goldstein (USRA)

Il ciclo vitale di un GRB

"Essendo così vicino e così luminoso, questo lampo ci ha offerto un'opportunità senza precedenti per raccogliere osservazioni del bagliore residuo attraverso lo spettro elettromagnetico e per testare quanto bene i nostri modelli riflettano ciò che sta realmente accadendo nei getti GRB", ha detto Kate Alexander, un assistente professore nel dipartimento di astronomia dell'Università dell'Arizona a Tucson. "Venticinque anni di modelli afterglow che hanno funzionato molto bene non possono spiegare completamente questo getto", ha detto. “In particolare, abbiamo trovato un nuovo componente radio che non comprendiamo appieno. Ciò potrebbe indicare una struttura aggiuntiva all'interno del getto o suggerire la necessità di rivedere i nostri modelli di come gli GRB interagiscono con l'ambiente circostante".

Gli scienziati dicono che possiamo paragonare un GRB a un getto d'acqua che esce da un tubo per annaffiare il giardino. Più ci avviciniamo frontalmente e più è potente, in questo caso, luminoso.
Sebbene il bagliore residuo sia stato inaspettatamente debole alle energie radio, è probabile che GRB 221009A rimarrà invariato per anni, fornendo una nuova opportunità per tracciare l'intero ciclo di vita di un lampo di raggi gamma.

Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA

Un radar cosmico

L'esplosione ha anche permesso agli astronomi di sondare lontane nubi di polvere nella nostra galassia. Mentre i rapidi raggi X viaggiavano verso di noi, alcuni di essi si riflettevano sugli strati di polvere, creando "echi di luce" dell'esplosione iniziale sotto forma di anelli di raggi X che si espandevano dall'origine dell'evento. 

Osservazioni dettagliate dell'osservatorio a raggi X della NASA Swift e del telescopio XMM-Newton dell'ESA hanno rivelato che questi straordinari anelli sono stati prodotti da 21 distinte nubi di polvere.

"Il modo in cui le nuvole di polvere diffondono i raggi X dipende dalle loro distanze, dalle dimensioni dei granelli di polvere e dalle energie dei raggi X", ha spiegato Sergio Campana, direttore della ricerca presso l'Osservatorio di Brera e l'Istituto Nazionale di Astrofisica di Merate, in Italia. "Siamo stati in grado di utilizzare gli anelli per ricostruire parte della rapida emissione di raggi X del lampo e per determinare dove si trovano le nubi di polvere nella nostra galassia".

GRB 221009A è solo il settimo lampo di raggi gamma a mostrare anelli di raggi X. Questi provenivano dalla polvere situata tra 700 e 61.000 anni luce di distanza.

Le immagini XMM-Newton hanno registrato 20 anelli di polvere, 19 dei quali sono mostrati qui in colori arbitrari. Questo composito unisce le osservazioni fatte due e cinque giorni dopo l'esplosione del GRB 221009A. Le strisce scure indicano gli spazi tra i rivelatori.
Crediti: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)

Energia per l'Universo

Insieme a misurazioni simili condotte da un team che lavora sui dati dell'osservatorio INTEGRAL dell'ESA, gli scienziati affermano che potrebbe essere possibile dimostrare che i getti di the BOAT sono stati alimentati attingendo all'energia di un campo magnetico amplificato dalla rotazione del buco nero.

"Pensiamo ai buchi neri come cose che consumano tutto ma restituiscono anche energia all'universo?", si chiede Michela Negro, astrofisica dell'Università del Maryland e del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt.

Il suo team è stato in grado di sondare gli anelli di polvere con Imaging X-ray Polarimetry Explorer della NASA per determinare come è stata organizzata l'emissione immediata, che può fornire informazioni su come si formano i getti. Inoltre, un piccolo grado di polarizzazione osservato nella fase di afterglow conferma che abbiamo visto il getto quasi direttamente frontalmente.